网页渲染过程

网页渲染过程

前言

工作或生活中,我们经常会接触网页,大家都知道,通过html、css、javascript就能编写一个网页,但是浏览器是如何将只有字符的HTML文件呈现为漂亮的网页呢?在将字符转化成网页过程中浏览器做了什么?

以下是一个简单的html文件
<!DOCTYPE html>
<html>
  <head>
    <meta name="viewport" content="width=device-width,initial-scale=1">
    <link href="style.css" rel="stylesheet">
    <title>Critical Path</title>
  </head>
  <body>
    <p>Hello <span>web performance</span> students!</p>
  </body>
</html>
上面的网页将在浏览器中呈现如下:
image-20200914141837352.png

这里,我们就以最简单的情况(仅包含html、css)说明一下网页的渲染过程。

网页渲染过程

1. 将HTML转换成DOM树

从处理HTML文件中的一串串字符开始:

  • 首先,浏览器会从磁盘或者网络中读取HTML原始字节,并根据文件编码将它们转成字符。
  • 当遇到HTML标记时,浏览器会发出一个令牌(Token),生成诸如 StartTag: HTML StartTag:head Tag: meta EndTag: head 这样的令牌。
  • 在令牌生成的同时,另一个流程会同时消耗这些令牌并转换成 HTML head 这些节点(Node)对象,起始和结束令牌表明了节点之间的关系。
  • 当所有的令牌消耗完以后就转换成了DOM(文档对象模型)
字节到dom.png
生成的DOM示意图如下所示:

![dom-tree.png](https://upload-images.jianshu.io/upload_images/27234796-0abd7cc4c803080e.png?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)




在Chrome中,可以通过Chrome DevTools查看DOM:

![image-20200914153134021.png](https://upload-images.jianshu.io/upload_images/27234796-7a7e29c5543ad643.png?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)

2. 将CSS转换成CSSOM树

当HTML转化成DOM后,接下来浏览器会处理CSS,与转换HTML十分类似。

  • 浏览器会从磁盘或者网络中读取CSS原始字节,并根据文件编码将它们转成字符。

  • 浏览器会识别CSS令牌(Token),然后将这些令牌转成 CSS 节点(Node),不过这里有一点需要注意,CSS的子节点会继承父节点的样式规则(这就是层叠规则和层叠样式)。

  • 转换成CSSOM。

                      ![image-20200914143810750.png](https://upload-images.jianshu.io/upload_images/27234796-0697b98a4529d45a.png?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)
    

    比如上面的HTML代码有以下的CSS (style.css中的内容):

body { font-size: 16px }
p { font-weight: bold }
span { color: red }
p span { display: none }

最终就转成下面的CSSOM树:

![cssom-tree.png](https://upload-images.jianshu.io/upload_images/27234796-1cf4b1b05638d29a.png?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)

3. 将DOM和CSSOM树组成RENDER TREE(渲染树)

image-20200914150850218.png

从DOM树的根部开始,遍历每个可见节点 :

  • 如果节点不可见(例如,脚本标记,注释等),它们将不会被渲染,这样的节点会直接跳过。
  • 如果节点通过CSS隐藏 (例如,节点的属性标记为 display: none),表示这个节点不应该呈现在页面,这样的节点和其子项都会直接跳过。
  • 对于每个可见节点,找到合适且匹配CSSOM规则,并应用它们。
  • 最终计算出具有内容且其属性样式可见的节点,转换成RENDER TREE(渲染树)。

比如,以上DOM树和CSSOM树合并成渲染树的结果如下:

![render-tree-construction.png](https://upload-images.jianshu.io/upload_images/27234796-f96d59eaea400b19.png?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)


在Chrome中,可以通过Chrome DevTools查看某个DOM对象计算出的CCSOM:

![image-20200914153422162.png](https://upload-images.jianshu.io/upload_images/27234796-4158d92661ed9265.png?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)

4. 布局与绘制

从渲染树我们可以知道哪些节点是可见的,以及它们的CSS计算样式和几何形状,当渲染树完成之后,就可以开始绘制页面。

  • 浏览器将会从根开始遍历渲染树的每一个节点。

  • 计算节点在设备的几何形状、位置和大小,此过程的输出是一个“盒子模型”,它可以精确捕获视口中每个元素的确切位置和大小(所有相对测量值都将转换为屏幕上的绝对像素)。

  • 浏览器进行绘制,将渲染树转换为屏幕上的像素。

    在Chrome中,可以通过Chrome DevTools查看整个过程的耗时情况:

    image-20200914154010468.png

5. 优化关键渲染路径(The critical rendering path)

上面的步骤1到4也被称为关键路径绘制(英文简称:CRP,具体概念可参考谷歌浏览器的说明:https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/Performance/Critical_rendering_path):

概括的说,关键路径绘制包括:

  1. 处理HTML标记并构建DOM树。

  2. 处理CSS标记并构建CSSOM树。

  3. 将DOM和CSSOM合并到渲染树中。

  4. 计算渲染树中节点的几何形状和在屏幕的位置,最终将渲染树转换为屏幕上的像素。

了解网页渲染过程,有助于我们优化网页,提示渲染速度。这个过程被称作优化关键渲染路径(使上述步骤1到4所花费的总时间最小化的过程)

优化关键渲染路径可以使内容尽快呈现到屏幕上,以获得更好的用户体验,但它也是一个很深的课题,不同的浏览器有不同的做法,这是火狐浏览器关于关键渲染路径的文档(https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/Performance/Critical_rendering_path)。

6. 结尾

以上,便是笔者对网页渲染过程的简单见解,此文章由笔者参考资料并加上自己的见解得来,若其中有不准确的地方还请指正

7. 参考文章

https://blog.logrocket.com/how-browser-rendering-works-behind-the-scenes-6782b0e8fb10/

https://developers.google.com/web/fundamentals/performance/critical-rendering-path/render-tree-construction

https://stackoverflow.com/questions/27637184/what-is-dom-reflow/27637245#27637245

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