浏览器渲染流程

首先看一张图片，取自w3c官方 Navigation Timing

这张图片展示了向浏览器输入url之后的流程：

1. 准备工作：
   • prompt for unload:准备释放上一个页面的资源。
   • redirect:重定向。因为浏览器是有缓存的，所以需要预取资源，缓存的本质也是重定向。在预取资源的过程中再去unload,也就是释放上一个页面的资源。
   • App cache:如果有缓存就去拿缓存，然后直接走到processing，没有缓存就进入下一步（这里指的是强制缓存，如果是协商缓存，还是需要网络通信的，也会进入下一步，关于缓存相关内容可看http协议）。
   • DNS:dns解析。
   • TCP: 做完dns解析之后，建立tcp链接，tcp连接之后才能请求。
2. 和服务器通信的阶段：
   • Request: 浏览器向服务器发送请求。
   • Response: 服务器向浏览器返回相应。
3. 浏览器的渲染工作：
   • processing:处理返回的响应。
   • onLoad:展示页面。

本文主要分析第三步

渲染引擎结构与工作流程

以html/css/js等文件作为输入，然后解析，构建，渲染布局，绘制，最后以可视化内容作为输出。流程如下图：

主要步骤：

1. 解析HTML生成DOM树。

2. 解析CSS制定样式规则，生成CSSOM渲染规则树。

3. 将DOM树与CSSOM规则树合并在一起生成渲染树。

4. 遍历渲染树开始布局，计算每个节点的位置信息。

5. 将渲染树每个节点绘制到屏幕。

构建DOM树

第一步是处理HTML标记并构造DOM树。HTML标签包括开始和结束标记，以及属性名和值。 如果文档格式良好，则解析它会简单而快速。解析器将标记化的输入解析到文档中，构建文档树。

DOM树描述了文档的内容。元素是第一个标签也是文档树的根节点。树反映了不同标记之间的关系和层次结构。嵌套在其他标记中的标记是子节点。DOM节点的数量越多，构建DOM树所需的时间就越长。

当解析器发现非阻塞资源，例如一张图片，浏览器会请求这些资源并且继续解析。当遇到一个CSS文件时，解析也可以继续进行，但是对于script标签（特别是没有 async 或者 defer 属性）会阻塞渲染并停止HTML的解析。尽管浏览器的预加载扫描器加速了这个过程，但过多的脚本仍然是一个重要的瓶颈。

构建CSSOM树

第二步是处理CSS并构建CSSOM树。CSS对象模型和DOM是相似的。DOM和CSSOM是两棵树. 它们是独立的数据结构。浏览器将CSS规则转换为可以理解和使用的样式映射。浏览器遍历CSS中的每个规则集，根据CSS选择器创建具有父、子和兄弟关系的节点树。

与HTML一样，浏览器需要将接收到的CSS规则转换为可以使用的内容。因此，它重复了HTML到对象的过程，但对于CSS。

CSSOM树包括来自用户代理样式表的样式。浏览器从适用于节点的最通用规则开始，并通过应用更具体的规则递归地优化计算的样式。换句话说，它级联属性值。

构建CSSOM非常非常快，并且在当前的开发工具中没有以独特的颜色显示。相反，开发人员工具中的“重新计算样式”显示解析CSS、构造CSSOM树和递归计算计算样式所需的总时间。在web性能优化方面，它是可轻易实现的，因为创建CSSOM的总时间通常小于一次DNS查找所需的时间。

合成渲染树

第三步是将DOM和CSSOM组合成一个Render树，计算样式树或渲染树从DOM树的根开始构建，遍历每个可见节点。

像head和它的子节点以及任何具有display: none样式的结点，例如script { display: none; }（在user agent stylesheets可以看到这个样式）这些标签将不会显示，也就是它们不会出现在Render树上。具有visibility: hidden的节点会出现在Render树上，因为它们会占用空间。由于我们没有给出任何指令来覆盖用户代理默认值，因此上面代码示例中的script节点将不会包含在Render树中。

每个可见节点都应用了其CSSOM规则。Render树保存所有具有内容和计算样式的可见节点——将所有相关样式匹配到DOM树中的每个可见节点，并根据CSS级联确定每个节点的计算样式。

布局

第四步是在渲染树上运行布局以计算每个节点的几何体。布局是确定呈现树中所有节点的宽度、高度和位置，以及确定页面上每个对象的大小和位置的过程。回流是对页面的任何部分或整个文档的任何后续大小和位置的确定。

构建渲染树后，开始布局。渲染树标识显示哪些节点（即使不可见）及其计算样式，但不标识每个节点的尺寸或位置。为了确定每个对象的确切大小和位置，浏览器从渲染树的根开始遍历它。

在网页上，大多数东西都是一个盒子。不同的设备和不同的桌面意味着无限数量的不同的视区大小。在此阶段，考虑到视区大小，浏览器将确定屏幕上所有不同框的尺寸。以视区的大小为基础，布局通常从body开始，用每个元素的框模型属性排列所有body的子孙元素的尺寸，为不知道其尺寸的替换元素（例如图像）提供占位符空间。

第一次确定节点的大小和位置称为布局。随后对节点大小和位置的重新计算称为回流。在我们的示例中，假设初始布局发生在返回图像之前。由于我们没有声明图像的大小，因此一旦知道图像大小，就会有回流。

绘制

最后一步是将各个节点绘制到屏幕上，第一次出现的节点称为first meaningful paint。在绘制或光栅化阶段，浏览器将在布局阶段计算的每个框转换为屏幕上的实际像素。绘画包括将元素的每个可视部分绘制到屏幕上，包括文本、颜色、边框、阴影和替换的元素（如按钮和图像）。浏览器需要非常快地完成这项工作。

为了确保平滑滚动和动画，占据主线程的所有内容，包括计算样式，以及回流和绘制，必须让浏览器在16.67毫秒内完成。在2048x 1536，iPad有超过314.5万像素将被绘制到屏幕上。那是很多像素需要快速绘制。为了确保重绘的速度比初始绘制的速度更快，屏幕上的绘图通常被分解成数层。如果发生这种情况，则需要进行合成。

绘制可以将布局树中的元素分解为多个层。将内容提升到GPU上的层（而不是CPU上的主线程）可以提高绘制和重新绘制性能。有一些特定的属性和元素可以实例化一个层，包括video和canvas，任何CSS属性为opacity、3D转换、will-change的元素，还有一些其他元素。这些节点将与子节点一起绘制到它们自己的层上，除非子节点由于上述一个（或多个）原因需要自己的层。

层确实可以提高性能，但是它以内存管理为代价，因此不应作为web性能优化策略的一部分过度使用。