浏览器原理篇—渲染原理

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1. 为什么要学习浏览器的渲染原理
2. 浏览器的渲染流程
3. 浏览器的渲染阻塞
4. 浏览器的渲染优化

为什么要学习浏览器的渲染原理？

• 知识深度挖掘：
  • 帮助更好地理解前端性能优化。从而对实现效果进行针对性优化。如：**回流和重绘 **渲染机制。
  • 帮助更好地理解浏览器的运行机制。扩展 浏览器原理 方面的知识。
  • debug时可以更快定位问题。当页面出现渲染问题时,如果对浏览器的工作原理有了解,可以根据症状更快定位问题所在。
• 面试需要（相关面试题）：
  • 从输入URL到页面展示，这中间发生了什么？（网络和渲染）
  • 浏览器的渲染过程？
  • 浏览器的渲染优化？
  • 什么情况下会阻塞渲染？
  • 。。。

浏览器的渲染流程

前言

什么是渲染render

渲染就是将html字符串传成可以显示的一个个像素点的过程。
用函数表示：

function render(htmlStr) {
  //转换过程
  return Html;
}

渲染的时间点

当我们输入一个url时， 网络线程会通过网络通信 给我们返回HTML文档，但网络线程不会在对其进行处理。而浏览器在收到这个HTML文档后，会产生一个 渲染任务 ，传递给 主线程的信息队列 。在 事件循环 的作用下， 渲染主线程 开始了 渲染流程 。

渲染流水线

整个渲染流程分为多个阶段，分别是：

1. HTML 解析 (DOM)
2. 样式计算 (style)
3. 布局 (layout)
4. 分层 (layer)
5. 绘制 (paint)
6. 分块 (tiles)
7. 光栅化 (raster)
8. 绘画 (draw quad)

每个阶段都有明确的输入输出，上一个阶段的输出会成为下一个阶段的输入。
这样，整个渲染流程就形成了一套组织严密的生产流水线。

渲染流程

解析HTML（DOM）

渲染的第一步是 解析 HTML 。字符串转对象

内敛样式，服务器样式，css外链样式，。。。

可以在浏览器控制台输入，观察一下：

1. document.styleSheets
2. document.styleSheets[0].addRule( ‘div’, ‘border:2px solid #f40 !important’)

解析过程中遇到 CSS 解析 CSS，遇到 JS 执行 JS。为了提高解析效率，浏览器在开始解析前，会启动一个预解析的线程，率先下载 HTML 中的外部 CSS 文件和 外部的 JS 文件。
如果主线程解析到 link 位置，此时外部的** CSS 文件还没有下载解析好，主线程不会等待，继续解析后续的 HTML**。这是因为下载和解析 CSS 的工作是在预解析线程中进行的。这就是 CSS 不会阻塞 HTML 解析的根本原因。

如果主线程解析到 script 位置，会 停止解析 HTML，转而等待 JS 文件下载好 ，并将全局代码解析执行完成后，才能继续解析 HTML。这是因为 JS 代码的执行过程可能会修改当前的 DOM 树，所以 DOM 树的生成必须暂停。 这就是 JS 会阻塞 HTML 解析的根本原因 。

第一步完成后，会得到 DOM 树和 CSSOM 树，浏览器的默认样式、内部样式、外部样式、行内样式均会包含在 CSSOM 树中。

样式计算（style）

渲染的下一步是 样式计算 。
主线程会遍历得到的 DOM 树，依次为树中的每个节点计算出它最终的样式，称之为** Computed Style**。
在这一过程中，很多预设值会变成绝对值，比如 red 会变成 rgb(255,0,0) ；相对单位会变成绝对单位，比如 em 会变成 px
这一步完成后，会得到一棵带有样式的 DOM 树。

布局（layout）

接下来是 布局 ，布局完成后会得到布局树。
布局阶段会依次遍历 DOM 树的每一个节点，计算每个节点的几何信息。例如节点的宽高、相对包含块的位置。
大部分时候，DOM 树和布局树并非一一对应。
比如 display:none 的节点没有几何信息，因此不会生成到布局树；又比如使用了伪元素选择器，虽然 DOM 树中不存在这些伪元素节点，但它们拥有几何信息，所以会生成到布局树中。还有匿名行盒、匿名块盒等等都会导致 DOM 树和布局树无法一一对应。

分层（layer）

下一步是 分层
主线程会使用一套复杂的策略对整个布局树中进行分层。
分层的好处在于，将来某一个层改变后，仅会对该层进行后续处理，从而提升效率。
滚动条、堆叠上下文、transform、opacity 等样式都会或多或少的影响分层结果，也可以通过 will-change 属性更大程度的影响分层结果。

可以在开发者工具中查看图层，还可以旋转、放大，帮助我们更清晰地查看图层：
https://www.jd.com/

绘制（paint）

再下一步是 绘制。
主线程会为每个层单独产生绘制指令集，用于描述这一层的内容该如何画出来。

分块（tiles）

完成绘制后，主线程将每个图层的绘制信息提交给合成线程，剩余工作将由 合成线程 完成。
合成线程首先对每个图层进行 分块 ，将其划分为更多的小区域。
它会从线程池中拿取多个线程来完成分块工作。

光栅化（raster）

分块完成后，进入 **光栅化 **阶段。
合成线程会将块信息交给 GPU 进程，以极高的速度完成光栅化。
GPU 进程会开启多个线程来完成光栅化，并且优先处理靠近视口区域的块。
光栅化的结果，就是一块一块的位图

绘画（draw quad）

最后一个阶段就是 绘画 了
合成线程拿到每个层、每个块的位图后，生成一个个「指引（quad）」信息。
指引会标识出每个位图应该画到屏幕的哪个位置，以及会考虑到旋转、缩放等变形。
变形发生在合成线程，与渲染主线程无关，这就是 transform 效率高的本质原因。
合成线程会把 quad 提交给 GPU 进程，由 GPU 进程产生系统调用，提交给 GPU 硬件，完成最终的屏幕成像。

总结

1. 渲染进程将 HTML 内容转换为能够读懂的** DOM 树**结构。
2. 渲染引擎将 CSS 样式表转化为浏览器可以理解的 styleSheets ，计算出 DOM 节点的样式。
3. 创建 布局树 ，并计算元素的布局信息。
4. 对布局树进行 分层 ，并生成分层树。
5. 为每个图层生成 绘制列表 ，并将其提交到合成线程。
6. 合成线程将图层分成 图块 ，并在光栅化线程池中将图块转换成位图。
7. 合成线程发送绘制图块命令 **DrawQuad **给浏览器进程。
8. 浏览器进程根据 DrawQuad 消息 生成页面 ，并 显示 到显示器上。相关概念

重排重绘

上面整个渲染过程：
DOM、Style、layout、layer、paint、tiles、raster、draw quad、display

(1)重排：

修改几何属性，影响layout后面全部；

(2)重绘：

修改绘制属性，影响paint之后；

(3)合成：

1.修改不要布局不要绘制的属性，只影响后续合成操作 tiles后面；性能好；
2.最常见的就是 CSS3 硬件加速（GPU加速），四点
transform: translateZ(0)、opacity、filters、will-change
Will-change提前告诉浏览器元素会发生什么变化；

参考：

https://ke.qq.com/course/5892689/13883868337269329#term_id=106109971