浏览器从输入URL到页面渲染过程 —

之前我有总结过一篇经典面试题：浏览器从输入URL到页面渲染过程，接下里我将对某些知识点进行更细致的解析。

浏览器从输入URL到页面渲染过程系列文章：

（一）：浏览器从输入URL到页面渲染过程 —— 浏览器的进程与线程

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浏览器从输入URL到页面渲染过程 ——页面渲染流程

浏览器的渲染机制很复杂，从输入HTML到页面输出大致分为以下这些步骤：

构建DOM树 > 构建styleSheets树 > 布局 > 分层 > 绘制 >分块 > 光栅化 > 合成

构建DOM树

为什么要构建 DOM 树？

因为浏览器无法直接理解和使用 HTML，所以需要将 HTML 转换为浏览器能够理解的结构——DOM 树。

什么是树结构：节点与节点之间通过父子关系相连接。

具体流程如下：

我们在chrome的控制台输入：document ，便能看到此DOM树结构：

虽然 DOM树和 HTML 看起来并没有什么的区别，但是DOM树在内存中是以树状结构存储的，可以被JS代码所查询操作。例如：

document.getElementsByTagName("p")[0].innerText = "black"

样式计算（构建styleSheets）

为什么要构建 styleSheets ？

和 HTML 文件一样，浏览器也是无法直接理解这些纯文本的 CSS 样式，所以当渲染引擎接收到 CSS 文本时，会执行一个转换操作，将 CSS 文本转换为浏览器可以理解的结构——styleSheets。
什么是浏览器可以理解的style?

rem/em ————> px
color: blue ————> rgb(0, 0, 255)
font-weight: blod ————> 700
…
CSS来源有哪些呢？

1、通过 link 引用的外部 CSS 文件
2、< style >标记内的 CSS
3、元素的 style 属性内嵌的 CSS

如果这三个地方都有对同一标签进行样式定义，或者该标签没有被定义样式，那它的最终样式会是什么样的呢？这时候，就需要进行样式计算了。

样式计算规则：继承规则、层叠规则

继承规则：当前标签的样式继承了其所有父标签的样式。
层叠规则：多个样式同时作用于该标签时，进行样式层叠。

当然，我们在控制台输入 document.styleSheets 看到styleSheets结构：

布局（构建render树）

有了 DOM树和 styleSheets树，接下来我们就可以将两棵树进行合并，生成render树。

在生成render树时，浏览器首先遍历 DOM 树中的所有可见节点，并把这些节点加到布局树中，而不可见的节点会被布局树忽略掉，如 head 标签下面的全部内容，再比如 body.div.span 这个元素，因为它的属性包含 dispaly:none，所以这个元素也没有被包进布局树。

当然，这只是第一步，光有这些标签和对应的样式是无法绘出页面图的，渲染进程还需要计算出每一个标签所对应在页面上的物理位置，再将其位置存储到render树中。

分层

虽然有了render树及对应的物理坐标，但浏览器也不能直接进行页面绘制，因为页面上还涉及许多复杂的样式：transform， animation 动画、scroll，z-indexing改变层级等等，浏览器则为这些特殊的节点建立一个对应图层，生成图层树（LayerTree），将这些图层合并在一起，就是一整个页面的样式（类似于 photoshop 的图层）。

那什么时候会被提升为一个专门的图层，哪些应该被包含在同一图层？

1、拥有层叠上下文属性的元素

什么是层叠上下文？其实就是我们熟悉使用的z-index，MDN上是这么定义的：

其中有一句话很重要：

 重要的是，其子级层叠上下文的 z-index 值只在父级中才有意义。

不知你在使用z-index时，有没有遇到这样一个情况：

有时，你想要某一个图片或者文字置于某一块的上方，于是使用z-index进行层级提升，但是就算设置了z-index确没有起作用。

正式因为 子级层叠上下文的 z-index 值只在父级中才有意义 ，只有当父级的 position 为 absolut 或者 relative 时才有效。

2、需要剪裁的地方也会被创建为图层。

当父容器的宽高不足以撑起子容器的宽高，出现滚动条或者设置父容器为overflow :hode 等等，子容器页面就会被裁剪，这时浏览器也会为其创建出单独的图层。

如何查看图层？

打开 chrome 控制台，选择 Layers, 点击旋转按钮，对图层进行拖拽到有一定的倾斜度时，便能很直观的看到页面的图层分布 :

绘制

创建完图层后，接下来就是对图层进行绘制绘制，简单的说就是将图层重叠在一起。

如果给我们一张图，我们会怎样进行绘制呢？

一般我们会对这张图进行拆分：

1、先画出最外层的红色框图
2、在画出中间层绿色框图
3、最后画出里面层黄色框图

浏览器也是如此，将这些图层拆分为一条条的指令，然后一条一条逐步执行，最后进行绘制：

分块

为什么需要分块？ 再此之前我们需要了解一下什么是视口：我们在当前屏幕区域能看到的模块就叫视口。当页面内容很长时，页面就会出现滚动条，但是当前视口大小有限，我们只能看到一部分，所以在这种情况下，要绘制出所有图层内容的话，就会产生太大的开销，而且也没有必要。

这个时候渲染进程会再次将这些图层分成很多图块。

格珊化

什么是格珊化？

渲染进程将这些图层分成很多图块后，然后按照视口附近的图块来通过栅格化优先生成位图。所谓栅格化，是指将图块转换为位图。而图块是栅格化执行的最小单位。

最后，我们来看一张流程图：

之前的生成DOM树、styleSheets树、render 树、分层、绘制都是在渲染引起的主线程中运行的，绘制列表记录好绘制顺序和绘制指令的列表后，将其提交给渲染引擎中的合成线程，渲染进程还维护了一个栅格化的线程池，所有的图块栅格化都是在线程池内执行的。通常，栅格化过程都会使用 GPU 来加速生成，使用 GPU 生成位图的过程叫快速栅格化，或者 GPU 栅格化，生成的位图被保存在 GPU 内存中。

合成与显示

一旦所有图块都被光栅化，合成线程就会生成一个绘制图块的命令——“DrawQuad”，然后将该命令提交给浏览器进程。浏览器进程里面有一个叫 viz 的组件，用来接收合成线程发过来的 DrawQuad 命令，然后根据 DrawQuad 命令，将其页面内容绘制到内存中，最后再将内存显示在屏幕上。

至此，整个渲染流程就走完了，总结为以下8步：

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树，并计算好 DOM 节点的样式。
3、将DOM与styleSheets树进行合成，创建布局（render）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。为每个图层生成绘制列表，并将其提交到合成线程。
5、合成线程将图层分成图块。
6、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。

最后抛出两个问题：

1、为什么在优化 Web 性能的方法中，减少重绘、重排是一种很好的优化方式？

结合上文我们了解到，在布局这一过程中，将DOM树与styleSheets 合成render树后，渲染进程还需要计算出每一个标签所对应在页面上的物理位置，再将其位置存储到render树中，在执行下一步。

如果我们对页面进行了重排（改变标签的宽高、显示隐藏等物理层面的几何属性），那么渲染引擎将会把这一整套渲染流程重新跑一遍，浪费时间和空间。

如果我们对页面进行了重绘（改变标签的颜色、类名等样式属性），那么渲染引擎会直接进入绘制阶段，相较与重排，也提升了不少性能。

如果我们的操作不涉及重排和重绘，那么渲染引擎会直接进入合成阶段，大大的提高了性能。

2、如果下载 CSS/JS 文件阻塞了，会阻塞 DOM 树的合成吗？会阻塞页面的显示吗？

答案是肯定的，不论CSS还是JS文件下载阻塞，都会阻塞后续的流程。当从服务器接收HTML页面的第一批数据时，DOM解析器就开始工作了。
第一种情况：在解析过程中，如果遇到了JS脚本，如下所示：

<html><body>哈哈哈<script>document.write("--限制性js脚本")</script></body>
</html>

那么DOM解析器会先执行JavaScript脚本，执行完成之后，再继续往下解析。

第二种情况：我们内联的脚本替换成js外部文件，如下所示：

<html><body>哈哈哈<script type="text/javascript" src="foo.js"></script></body>
</html>

这种情况下，当解析到JavaScript的时候，会先暂停DOM解析，并下载foo.js文件，下载完成之后执行该段JS文件，然后再继续往下解析DOM。这就是JavaScript文件为什么会阻塞DOM渲染。

第三种情况，还是看下面代码：

<html><head><style type="text/css" src = "theme.css" /></head><body><p>哈哈哈</p><script>let e = document.getElementsByTagName('p')[0]e.style.color = 'blue'</script></body>
</html>

当我在JavaScript中访问了某个元素的样式，那么这时候就需要等待这个样式被下载完成才能继续往下执行，所以在这种情况下，CSS也会阻塞DOM的解析。

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