浏览器的渲染过程

通常，我们只需要编写HTML，CSS，JavaScript，浏览器上就能呈现出漂亮的网页了，但是浏览器是如何使用我们的代码在屏幕上渲染像素的呢？

首先，请先看一张大图

浏览器将HTML，CSS，JavaScript代码转换成屏幕上所能呈现的实际像素，这期间所经历的一系列步骤，叫做关键渲染路径（Critical Rendering Path）。其中包含：

构建对象模型（DOM，CSSOM）
构建渲染树（RenderTree）
布局
渲染

在构建对象模型到构建渲染树的这一过程，还穿插着JS脚本的加载和执行。如下图所示：

1.DOMTree的构建

浏览器的渲染从解析HTML文档开始，宏观上，可以分为下面几个步骤：

第一步（解析）：从网络或者磁盘下读取的HTML原始字节码，通过设置的charset编码，转换成相字符

第二步（token化）：通过词法分析器，将字符串解析成Token，Token中会标注出当前的Token是开始标签，还是结束标签，或者文本标签等。

第三步（生成Nodes并构建DOM树）：浏览器会根据Tokens里记录的开始标签，结束标签，将Tokens之间相互串联起来_（带有结束标签的Token不会生成Node）_。
Node包含了这个节点的所有属性。例如<img src="xxx.png" >标签最终生成出的节点对象中会保存图片地址等信息。
事实上，在构建DOM树时，不是要等所有的Tokens都转换成Nodes后才开始，而是一边生成Token一边采取深度遍历算法消耗Token来生成Node，如下图所示：
图中有颜色的小数字代表构建的具体步骤，可以看出，首先生成出html Token,并消耗Token创建出html 节点对象，接着生成head Token并消耗Token创建出head节点对象…，当所有的Tokens都消耗完了，紧接着DOM树也就构建完了。

这里抛出个小问题，为什么有时在js中访问DOM时浏览器会报错呢？
因为在上述的解析的过程中，如果碰到了script或者link标签，就会根据src对应的地址去加载资源，在script标签没有设置async/defer属性时，这个加载过程是下载并执行完全部的代码，此时，DOM树还没有完全创建完毕，这个时候如果js企图访问script标签后面的DOM元素，浏览器就会抛出找不到该DOM元素的错误。
值得注意的是：从bytes到Tokens的这个过程，浏览器都可以交给其他单独的线程去处理，不会堵塞浏览器的渲染线程。但是后面的部分就都在渲染线程下进行了，也就是我们常说的js单线程环境。

2.CSSOMTree的构建

DOM会记录页面的内容，但是浏览器还需要知道这些内容该用什么样式去展示，所以还需要构建CSSOMTree。CSSOM的生成过程和DOM的生成过程十分相似，也是：1.解析，2.Token化，3.生成Nodes并构建CSSOMTree：

假设浏览器收到了下面这样一段css:

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

最终会生成如下的CSSOMTree:

从图中可以看出，最开始body有一个样式规则是font-size:16px，之后，在body这个样式基础上每个子节点还会添加自己单独的样式规则，比如span又添加了一个样式规则color:red。正是因为样式这种类似于继承的特性，浏览器设定了一条规则：CSSOMTree需要等到完全构建后才可以被使用，因为后面的属性可能会覆盖掉前面的设置。比如在上面的css代码基础上再添加一行代码p {font-size:12px}，那么之前设置的16px将会被覆盖成12px。

下面是官方给的一种解释：

未构建完的CSSOMTree是不准确的，浏览器必须等到CSSOMTree构建完毕后才能进入下一阶段。
所以，CSS的加载速度与构建CSSOMTree的速度将直接影响首屏渲染速度，因此在默认情况下CSS被视为阻塞渲染的资源，需要将它尽早、尽快地下载到客户端，以便缩短首次渲染的时间。

那么回到上面生成DOM时提到的JS问题：在标签没有设置async/defer属性时，js会阻塞DOM的生成。原因是js会改变DOMTree的内容，如果不阻塞，会出现一边生成DOM内容，一边修改DOM内容的情况，无法确保最终生成的DOMTree是确定唯一的。

同理，JS也会可以修改CSS样式，影响CSSOMTree最终的结果。而我们前面提到，不完整的CSSOMTree是不可以被使用的，如果JS试图在浏览器还未完成CSSOMTree的下载和构建时去操作CSS样式，浏览器会暂停脚本的运行和DOM的构建，直至浏览器完成了CSSOM的下载和构建。也就是说，JS脚本的出现会让CSSOM的构建阻塞DOM的构建。

平时谈及页面性能优化，经常会强调css文件应该放在html文档中的前面引入，js文件应该放在后面引入，这么做的原因是什么呢？

举个例子：本来，DOM构建和CSSOM构建是两个过程，井水不犯河水。假设DOM构建完成需要1s，CSSOM构建也需要1s，在DOM构建了0.2s时发现了一个link标签，此时完成这个操作需要的时间大概是1.2s，如下图所示：

而此时我们在HTML文档的中间插中入了一段JS代码，在DOM构建中间的过程中发现了这个script标签，假设这段JS代码只需要执行0.0001s，那么完成这个操作需要的时间就会变成：

那如果我们把css放到前面，js放到最后引入时，构建时间会变成：

由此可见，虽然只是插入了小小的一段只运行0.0001s的js代码，不同的引入时机也会严重影响DOMTree的构建速度。

简而言之，如果在DOM，CSSOM和JavaScript执行之间引入大量的依赖关系，可能会导致浏览器在处理渲染资源时出现大幅度延迟：

当浏览器遇到一个script标签时，DOMTree的构建将被暂停，直至脚本执行完毕
JavaScript可以查询和修改DOMTree与CSSOMTree
直至CSSOM构建完毕，JavaScript才会执行
脚本在文档中的位置很重要

3.渲染树的构建

现在，我们已经拥有了完整的DOM树和CSSOM树。DOM 树上每一个节点对应着网页里每一个元素，CSSOM树上每个节点对应着网页里每个元素的样式，并且此时浏览器也可以通过 JavaScript 操作DOM/CSSOM树，动态改变它的结构。但是DOM/CSSOM树本身并不能直接用于排版和渲染，浏览器还会生成另外一棵树：Render树

接下来我们来谈几条概念

Render 树上的每一个节点被称为：RenderObject。
RenderObject跟 DOM 节点几乎是一一对应的，当一个可见的 DOM 节点被添加到 DOM 树上时，内核就会为它生成对应的 RenderOject 添加到 Render 树上。
其中，可见的DOM节点不包括：
一些不会体现在渲染输出中的节点（<html><script><link>….），会直接被忽略掉。
通过CSS隐藏的节点。例如上图中的span节点，因为有一个CSS显式规则在该节点上设置了display:none属性，那么它在生成RenderObject时会被直接忽略掉。
Render 树是衔接浏览器排版引擎和渲染引擎之间的桥梁，它是排版引擎的输出，渲染引擎的输入。

此时的Render树上，已经包含了网页上所有可见元素的内容和位置信息排版引擎会根据Render树的内容和结构，准确的计算出元素该在网页上的什么位置。到此，我们已经具备进入布局的一切准备条件，但是通过上面我们知道，布局后面还有一个渲染过程，那么_Render 树是衔接浏览器排版引擎和渲染引擎之间的桥梁，它是排版引擎的输出，渲染引擎的输入。_这句话是什么意思呢？

RenderObject and RenderLayer

浏览器渲染引擎并不是直接使用Render树进行绘制，为了方便处理Positioning,Clipping,Overflow-scroll,CSS Transfrom/Opacrity/Animation/Filter,Mask or Reflection,Z-indexing等属性，浏览器需要生成另外一棵树：Layer树

浏览器会为一些特定的RenderObject生成对应的RenderLayer，其中的规则是：

是否是页面的根节点 It’s the root object for the page
是否有css的一些布局属性（relative absolute or a transform) It has explicit CSS position properties (relative, absolute or a transform)
是否透明 It is transparent
是否有溢出 Has overflow, an alpha mask or reflection
是否有css滤镜 Has a CSS filter
是否包含一个canvas元素使得节点拥有视图上下文 Corresponds to canvas element that has a 3D (WebGL) context or an accelerated 2D context
是否包含一个video元素 Corresponds to a video element

当满足上面其中一个条件时，这个RrenderObject就会被浏览器选中生成对应的RenderLayer。至于那些没有被命运选中的RrenderObject，会从属与父节点的RenderLayer。最终，每个RrenderObject都会直接或者间接的属于一个RenderLayer。

浏览器渲染引擎在布局和渲染时会遍历整个Layer树，访问每一个RenderLayer，再遍历从属于这个RenderLayer的 RrenderObject，将每一个 RenderObject 绘制出来。可以理解为：Layer 树决定了网页绘制的层次顺序，而从属于RenderLayer 的 RrenderObject决定了这个 Layer 的内容，所有的 RenderLayer 和 RrenderObject 一起就决定了网页在屏幕上最终呈现出来的内容。

4.布局

到目前为止，浏览器计算出了哪些节点是可见的以及它的信息和样式，接下来就需要计算这些节点在设备视口内的确切位置和大小，这个过程我们称之为“布局”。

布局最后的输出是一个“盒模型”：将所有相对测量值都转换成屏幕上的绝对像素。

5.渲染

最后，既然我们知道了哪些节点可见、它们的计算样式以及几何信息，我们终于可以将这些信息传递给最后一个阶段：将渲染树中的每个节点转换成屏幕上的实际像素：浏览器通过发出“Paint Setup”和“Paint”事件，将渲染树转换成屏幕上的像素。

至此，我们就能够在浏览器上看到漂亮的网页了

谈及页面性能优化，我们也常说要尽量减少浏览器的重排和重绘，浏览器重排和重绘时究竟做了哪些工作呢？

我们平时常说的重排，其实就是浏览器计算render树，布局到渲染的这个过程，而重绘就是计算layer树到渲染的这个过程，每当触发一次重绘和重排时，浏览器都需要重新经过一遍上述的计算。很显然，重排会产生比重绘更大的开销，但无论是重排还是重绘，都会给浏览器渲染线程造成很大的负担，所以，我们在实际生产中要严格注意减少重排和重绘的触发。至于如何减少重排和重绘的次数，这里就不多做展开了，详细请听下回分解~