游览器渲染浅析

前提知识

游览器构成

游览器内核

游览器内核也称渲染引擎，主要有3种：
Trident内核： IE
Webkit内核：Chrome,Safari
Gecko内核：FireFox

解析前的工作

DNS域名解析
建立TCP连接
发送HTTP请求
服务器处理请求
返回响应结果
关闭TCP连接
浏览器解析

关键渲染路径

浏览器从最初接收请求来的HTML、CSS、javascript等资源，然后解析、构建树、渲染布局、绘制，最后呈现给客户能看到的界面这整个过程——简单来说，就是对游览器渲染过程的描述。

渲染步骤

解析html，生成dom树
解析css，生成cssom树
将dom树和cssom树合并，生成渲染树
遍历渲染树，开始布局和计算
绘制渲染树，显示到屏幕

渲染图示

以webkit渲染引擎为例

渲染过程

解析html，生成dom树

当浏览器接收到服务器响应来的HTML文档后，会自上而下扫描文档，开始解析，遍历文档节点，生成DOM树。
整个构建过程其实包括：字节 -> 字符 -> 令牌 -> 节点对象 -> 对象模型，下面是示例代码和配图：

<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>
    <div><img src="awesome-photo.jpg"></div>
  </body>
</html>

解析css，生成cssom树

解析css文件，生成css规则树。
每个css文件都被分析成一个stylesheet对象，每个对象都包含CSS规则。
css规则对象包含对应于css语法的选择器和声明对象以及其他对象。
构建过程没有什么特别的差别，下面是示例代码和配图：

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

将dom树和cssom树合并，生成渲染树

浏览器会先从dom树的根节点开始遍历每个可见节点，找到其适配的CSS样式规则并应用。
将dom树与cssom树结合在一起，这就是渲染树。

渲染树与dom树

每一个渲染对象都对应着dom节点，但是非视觉（隐藏，不占位）dom元素不会插入渲染树，如<head>元素或声明display: none;的元素。
渲染对象与dom节点不是简单的一对一的关系，一个dom可以对应一个渲染对象，但一个dom元素也可能对应多个渲染对象，因为有很多元素不止包含一个css盒子。（如当文本被折行时，会产生多个行盒，这些行会生成多个渲染对象；又如行内元素同时包含块元素和行内元素，则会创建一个匿名块级盒包含内部行内元素，此时一个dom对应多个渲染对象）

遍历渲染树，开始布局和计算

布局阶段会从渲染树的根节点开始遍历，然后确定每个节点对象在页面上的确切大小与位置。
布局阶段的输出是一个盒子模型，它会精确地捕获每个元素在屏幕内的确切位置与大小，所有相对的测量值也都会被转换为屏幕内的绝对像素值。

绘制渲染树，显示到屏幕

在绘制阶段，浏览器会立即发出Paint Setup与Paint事件，开始将渲染树绘制成像素，绘制所需的时间跟CSS样式的复杂度成正比，绘制完成后，用户就可以看到页面的最终呈现效果了。

关键点

重绘/重排/回流

重绘(replaint)——屏幕的一部分重画，不影响整体布局，比如某个CSS的背景色变了，但元素的几何尺寸和位置不变。
重排(relayout)——意味着元件的几何尺寸变了，我们需要重新验证并计算渲染树。
回流(reflow)——Gecko中布局的称谓，同时也是重排的别称，是指渲染树的一部分或全部发生了变化。

阻塞问题

现代浏览器总是并行加载资源——当html解析器被脚本阻塞时，解析器虽然会停止构建dom，但仍会识别该脚本后面的资源，并进行预加载

css阻塞dom渲染

默认情况下，css被视为阻塞渲染的资源，这意味着浏览器将不会渲染任何已处理的内容，直至cssom构建完毕（毕竟渲染树依赖于dom树和cssom树）。
（无论是外链还是内联）虽然css会阻塞dom渲染，但不会阻塞dom解析。
这也是为什么我们把样式放在HTML内容之前，以防止被呈现内容发生样式跳动。当然代价就是显示延迟，所以性能攸关的站点都会内联所有CSS

js阻塞dom解析
由于js引擎和gui引擎互斥，所以当js执行的时候，gui就会被挂起，dom解析停滞，形成阻塞（无论是外链还是内联）。
值得注意的是，js只会阻塞后续的dom而不一定是整个dom，也就是说，在这个js前面的dom可以被正确地解析以及渲染（这也是为什么我们把脚本放在页面底部，脚本仍在下载时页面已经可以正常地显示）。

css阻塞js执行

正常情况是不会的，但是当执行的js依赖于css的样式时就会发生，这种情况发生在css文件排在js文件之前。
当js执行时，考虑到文档解析，如果样式尚未加载或解析，将会得到错误信息。firefox和webkit浏览器处理策略不同，前者会阻塞所有脚本，后者只会阻塞操作了该文件内声明的样式属性的脚本。
浏览器遇到 <script>且没有defer或async属性的标签时，会触发页面渲染，因而如果前面CSS资源尚未加载完毕时，浏览器会等待它加载完毕在执行脚本。
当css造成js执行延迟时，也意味着dom解析被延迟了（包括DOMContentLoaded事件），这也意味着页面渲染被阻塞了。

动态插入js和css时

动态插入的外部样式表或脚本不会阻塞dom解析或渲染。
动态插入的内联样式表或脚本会阻塞dom解析和渲染。
未加入到dom结构的样式表或脚本（外部或内联）不会被下载、解析或执行（Image.src是特例）。
使用innerHTML引入script标签，其中的js不会执行，但link标签会起作用。

改变js阻塞的方式

defer是渲染完再执行，async是下载完就执行(即不能保证执行顺序)。
defer相比普通script，有两点区别——载入js文件时不阻塞html的解析，执行阶段被放到html标签解析完成之后。
async加载的js依然会阻塞load事件。换句话说，async-script可能在 DOMContentLoaded 触发之前或之后执行，但一定在 load 触发之前执行。
两者只在外链js中有效，并且使用document.createElement创建的script默认是async的。

普通图层和复合图层

描述

浏览器渲染的图层一般包含两大类：普通图层以及复合图层。
首先，普通文档流内可以理解为一个复合图层，这里称为默认复合层，里面不管添加多少元素，其实都是在同一个复合图层中。
其次，absolute布局（fixed也一样），虽然可以脱离普通文档流，但它仍然属于默认复合层。
然后，可以通过硬件加速的方式，声明一个新的复合图层，它会单独分配资源（当然也会脱离普通文档流，这样一来，不管这个复合图层中怎么变化，也不会影响默认复合层里的回流重绘）。
可以简单地理解为，GPU中各个复合图层是单独绘制的，所以互不影响，这也是为什么某些场景硬件加速效果一级棒。

absolute和硬件加速的区别
需要强调的是，absolute虽然可以脱离普通文档流，但是无法脱离默认复合层。所以，就算absolute中信息改变时不会改变普通文档流中render树，但是，浏览器最终绘制时，是整个复合层绘制的，所以absolute中信息的改变，仍然会影响整个复合层的绘制（浏览器会重绘它，如果复合层中内容多，absolute带来的绘制信息变化过大，资源消耗是非常严重的）。
硬件加速直接就是在另一个复合层了，相当于另起炉灶，所以它的信息改变不会影响默认复合层（当然了，内部肯定会影响属于自己的复合层），仅仅是引发最后的合成（输出视图）

复合图层的作用

一般一个元素开启硬件加速后会变成复合图层，可以独立于普通文档流中，改动后可以避免整个页面重绘，提升性能。但是尽量不要大量使用复合图层，否则由于资源消耗过度，页面反而会变的更卡

如何变成复合图层（硬件加速）
最常用的方式：translate3d、translateZ
opacity属性/过渡动画（需要动画执行的过程中才会创建合成层，动画没有开始或结束后元素还会回到之前的状态）
will-chang属性（这个比较偏僻），一般配合opacity与translate使用（而且经测试，除了上述可以引发硬件加速的属性外，其它属性并不会变成复合层），作用是提前告诉浏览器要变化，这样浏览器会开始做一些优化工作（这个最好用完后就释放）
<video><iframe><canvas><webgl>等元素

硬件加速时请使用index

使用硬件加速时，尽可能的使用index，防止浏览器默认给后续的元素创建复合层渲染
具体的原理时这样的： webkit CSS3中，如果这个元素添加了硬件加速，并且index层级比较低，那么在这个元素的后面其它元素（层级比这个元素高的，或者相同的，并且releative或absolute属性相同的），会默认变为复合层渲染，如果处理不当会极大的影响性能
简单点理解，其实可以认为是一个隐式合成的概念：如果a是一个复合图层，而且b在a上面，那么b也会被隐式转为一个复合图层，这点需要特别注意

优化手段

针对html

html文档结构层次尽量少，最好不深于6层
首屏html可以少量，主体结构动态插入

针对css
使用媒体查询，减少初次cssom树的构建量
尽量用id和class，不要过渡层叠
样式结构层次尽量简单

针对js
使用defer和async，避免对文档的阻塞
可以的话，动态插入js，避免阻塞

针对引入位置
css放到head，让cssom树先行构建；js放到</body>前，保证dom树先行构建，不被阻塞
避免js文件的插入跟在css文件之后，避免css解析对js执行的延迟，造成阻塞

针对资源载入
对页面资源进行压缩，对传输进行gzip压缩
利用link标签的rel属性进行预解析，运用http缓存