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    现在浏览器的渲染原理及流程
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    现在浏览器的渲染原理及流程

    谢明伟 · 原创 ·
    前端开发技术分享 · 干货HTML浏览器
    共 5945 字 · 约 5 分钟 · 194

    前言

    作为一名前端开发者,了解浏览器的渲染原理是我们的必修课,如果你对这块知识还一头雾水,建议认真看下这篇文章,应该会让你一知半解的状态变得清晰,先看下我之前的文章:

    浏览器进程模型及事件循环机制
    前端开发 200 头像谢明伟

    浏览器是如何渲染页面的

    当浏览器的网络线程收到 HTML 文档后,会产生一个渲染任务,并将其传递给渲染主线程的消息队列。

    在事件循环机制的作用下,渲染主线程取出消息队列中的渲染任务,开启渲染流程。

    整个渲染流程分为多个阶段,分别是:HTML 解析样式计算布局分层绘制分块光栅化

    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。

    解析 HTML - Parse HTML

    渲染的第一步是 解析 HTML

    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,主线程不会的等待,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。

    如果主线程遇到 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 - Recalculate Style

    渲染的下一步是 样式计算

    主线程会遍历得到 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,会得到一颗带有样式的 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,计算出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,但他们拥有几何信息,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

    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、transformopacity 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。

    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。

    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。

    分块 - Tiling

    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。

    分块工程是交给多个线程同时进行的:

    光栅化 - Raster

    分块完成后,进入光栅化阶段。

    合成线程会将快信息交给 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,并且有限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。

    最后一个阶段就是 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。

    重排 - Reflow

    reflow 的本质就是重新计算 layout

    当进行了会影响布局树的操作后,需要重新计算布局树,会引发 layout

    为了避免连续的多次操作导致布局树反复计算,浏览器会合并这些操作,当 JS 代码全部完成后再进行统一计算。所以,改动属性造成的 reflow 是异步完成的。

    也同样因为如此,当 JS 获取布局属性时,就可能造成无法获取到最新的布局信息。

    浏览器在反复权衡下,最终决定获取属性立即 reflow

    重绘 - Repaint

    repaint 的本质就是重新计算根据分层信息计算了绘制指令。

    当改动了可见样式后,就需要重新计算,会引发 repaint

    由于元素的布局信息也属于可见样式,所以 reflow 一定会引起 repaint

    为什么 transform 的效率高?

    因为 transform 既不会影响布局也不会影响绘制指令,它影响的只是渲染流程的最后一个「draw」阶段

    由于 draw 阶段在合成线程中,所以 transform 的变化几乎不会影响渲染主线程。反之,渲染主线程无论如何忙碌,也不会影响 transform 的变化。

    代码演示

    我们通过一个小案例了解 transform 的效率:

    html 代码:
    <!DOCTYPE html>
    <html lang="en">
    
    <head>
      <meta charset="UTF-8" />
      <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge" />
      <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0" />
      <title>Document</title>
      <style>
        .ball{
          width:100px;
          height:100px;
          background: #f40;
          border-radius: 50%;
          margin:30px;
        }
        .ball1{
          animation: move1 1s alternate infinite ease-in-out;
        }
        .ball2{
          position: absolute;
          left: 0;
          animation: move2 1s alternate infinite ease-in-out;
        }
        @keyframes move1{
          to{
            transform: translate(100px);
          }
        }
        @keyframes move2{
          to{
            left:100px;
          }
        }
      </style>
    </head>
    
    <body>
      <button id="btn">死循环</button>
      <div class="ball ball1"></div>
      <div class="ball ball2"></div>
      <script>
        function delay(duration){
          var start = Date.now();
          while (Date.now() - start < duration){}
        }
        btn.onclick = function (){
          delay(5000)
        }
      </script>
    </body>
    
    </html>

    效果:

    为什么呢?因为用 left 动画会引起 reflow,会在主线程走这些流程,但是点击按钮过后,主线程会卡死,另外一个小球使用的是 transform,而且是跟 animation 配合使用的,跟主线程没有关系,这就是浏览器为什么要分一个合成线程出来,类似的还有滚动条的滚动,有兴趣的伙伴可以自行实践。

    总结

    1. 解析 HTML,生成 DOM树CSSOM树
    2. 计算样式,让每一个 DOM 里边,得到最终的样式
    3. 布局,计算每一个 DOM节点 的几何信息,布局树DOM树 不一样,不能对应
    4. Layer分层,为了提高后续的渲染效率,浏览器会把页面根据一套策略分成几个图层,每个图层可以单独进行绘制
    5. 下一步产生绘制指令,把这个指令交给合成线程的分块
    6. 合成线程对每个图层进行分块,将其划分为更多的小区域
    7. 分块完成过后,变成很多的小块,对每一个小块,对每一个层进行光栅化
    8. 光栅化后就变成一个个像素点,变成位图有限光栅化靠近屏幕的小块
    9. 最后把那些靠近屏幕的小块发送到 GPU 画出来

    正是因为浏览器做了这么多的优化,才让我们现代如此丰富的页面展示下,页面还能够非常的流畅。

    声明:本文由 谢明伟(博主)原创,依据 CC-BY-NC-SA 4.0 许可协议 授权,转载请注明出处。

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