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作者：前端工匠公號 / 浪里行舟（本文來自作者投稿）

前言

瀏覽器的內(nèi)核是指支持瀏覽器運行的最核心的程序，分為兩個部分的，一是渲染引擎，另一個是JS引擎。渲染引擎在不同的瀏覽器中也不是都相同的。目前市面上常見的瀏覽器內(nèi)核可以分為這四種：Trident（IE）、Gecko（火狐）、Blink（Chrome、Opera）、Webkit（Safari）。這里面大家最耳熟能詳?shù)目赡芫褪?Webkit 內(nèi)核了，Webkit 內(nèi)核是當(dāng)下瀏覽器世界真正的霸主。本文我們就以 Webkit 為例，對現(xiàn)代瀏覽器的渲染過程進行一個深度的剖析。

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頁面加載過程

在介紹瀏覽器渲染過程之前，我們簡明扼要介紹下頁面的加載過程，有助于更好理解后續(xù)渲染過程。

要點如下：

瀏覽器根據(jù) DNS 服務(wù)器得到域名的 IP 地址
向這個 IP 的機器發(fā)送 HTTP 請求
服務(wù)器收到、處理并返回 HTTP 請求
瀏覽器得到返回內(nèi)容

例如在瀏覽器輸入 https://juejin.im/timeline，然后經(jīng)過 DNS 解析， juejin.im對應(yīng)的 IP 是 36.248.217.149（不同時間、地點對應(yīng)的 IP 可能會不同）。然后瀏覽器向該 IP 發(fā)送 HTTP 請求。

服務(wù)端接收到 HTTP 請求，然后經(jīng)過計算（向不同的用戶推送不同的內(nèi)容），返回 HTTP 請求，返回的內(nèi)容如下：

image.gif

其實就是一堆 HMTL 格式的字符串，因為只有 HTML 格式瀏覽器才能正確解析，這是 W3C 標(biāo)準(zhǔn)的要求。接下來就是瀏覽器的渲染過程。

瀏覽器渲染過程

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瀏覽器渲染過程大體分為如下三部分：

1）瀏覽器會解析三個東西：

一是HTML/SVG/XHTML，HTML字符串描述了一個頁面的結(jié)構(gòu)，瀏覽器會把HTML結(jié)構(gòu)字符串解析轉(zhuǎn)換DOM樹形結(jié)構(gòu)。

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二是CSS，解析CSS會產(chǎn)生CSS規(guī)則樹，它和DOM結(jié)構(gòu)比較像。

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三是Javascript腳本，等到Javascript 腳本文件加載后，通過 DOM API 和 CSSOM API 來操作 DOM Tree 和 CSS Rule Tree。

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2）解析完成后，瀏覽器引擎會通過DOM Tree 和 CSS Rule Tree 來構(gòu)造 Rendering Tree。

Rendering Tree 渲染樹并不等同于DOM樹，渲染樹只會包括需要顯示的節(jié)點和這些節(jié)點的樣式信息。
CSS 的 Rule Tree主要是為了完成匹配并把CSS Rule附加上Rendering Tree上的每個Element（也就是每個Frame）。
然后，計算每個Frame 的位置，這又叫l(wèi)ayout和reflow過程。

3）最后通過調(diào)用操作系統(tǒng)Native GUI的API繪制。

接下來我們針對這其中所經(jīng)歷的重要步驟詳細闡述

構(gòu)建DOM

瀏覽器會遵守一套步驟將HTML 文件轉(zhuǎn)換為 DOM 樹。宏觀上，可以分為幾個步驟：

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瀏覽器從磁盤或網(wǎng)絡(luò)讀取HTML的原始字節(jié)，并根據(jù)文件的指定編碼（例如 UTF-8）將它們轉(zhuǎn)換成字符串。

在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)膬?nèi)容其實都是 0 和 1 這些字節(jié)數(shù)據(jù)。當(dāng)瀏覽器接收到這些字節(jié)數(shù)據(jù)以后，它會將這些字節(jié)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為字符串，也就是我們寫的代碼。

將字符串轉(zhuǎn)換成Token，例如： <html>、 <body>等。Token中會標(biāo)識出當(dāng)前Token是“開始標(biāo)簽”或是“結(jié)束標(biāo)簽”亦或是“文本”等信息。

這時候你一定會有疑問，節(jié)點與節(jié)點之間的關(guān)系如何維護？

事實上，這就是Token要標(biāo)識“起始標(biāo)簽”和“結(jié)束標(biāo)簽”等標(biāo)識的作用。例如“title”Token的起始標(biāo)簽和結(jié)束標(biāo)簽之間的節(jié)點肯定是屬于“head”的子節(jié)點。

image.gif

上圖給出了節(jié)點之間的關(guān)系，例如：“Hello”Token位于“title”開始標(biāo)簽與“title”結(jié)束標(biāo)簽之間，表明“Hello”Token是“title”Token的子節(jié)點。同理“title”Token是“head”Token的子節(jié)點。

生成節(jié)點對象并構(gòu)建DOM

事實上，構(gòu)建DOM的過程中，不是等所有Token都轉(zhuǎn)換完成后再去生成節(jié)點對象，而是一邊生成Token一邊消耗Token來生成節(jié)點對象。換句話說，每個Token被生成后，會立刻消耗這個Token創(chuàng)建出節(jié)點對象。注意：****帶有結(jié)束標(biāo)簽標(biāo)識的Token不會創(chuàng)建節(jié)點對象。

接下來我們舉個例子，假設(shè)有段HTML文本：

<html>
<head>
<title>Web page parsing</title>
</head>
<body>
<div>
<h1>Web page parsing</h1>
<p>This is an example Web page.</p>
</div>
</body>
</html>

</pre>

上面這段HTML會解析成這樣：

image

構(gòu)建CSSOM

DOM會捕獲頁面的內(nèi)容，但瀏覽器還需要知道頁面如何展示，所以需要構(gòu)建CSSOM。

構(gòu)建CSSOM的過程與構(gòu)建DOM的過程非常相似，當(dāng)瀏覽器接收到一段CSS，瀏覽器首先要做的是識別出Token，然后構(gòu)建節(jié)點并生成CSSOM。

image.gif

在這一過程中，瀏覽器會確定下每一個節(jié)點的樣式到底是什么，并且這一過程其實是很消耗資源的。因為樣式你可以自行設(shè)置給某個節(jié)點，也可以通過繼承獲得。在這一過程中，瀏覽器得遞歸 CSSOM 樹，然后確定具體的元素到底是什么樣式。

注意：****CSS匹配HTML元素是一個相當(dāng)復(fù)雜和有性能問題的事情。所以，DOM樹要小，CSS盡量用id和class，千萬不要過渡層疊下去。

構(gòu)建渲染樹

當(dāng)我們生成 DOM 樹和 CSSOM 樹以后，就需要將這兩棵樹組合為渲染樹。

image.gif

在這一過程中，不是簡單的將兩者合并就行了。渲染樹只會包括需要顯示的節(jié)點和這些節(jié)點的樣式信息，如果某個節(jié)點是 display:none 的，那么就不會在渲染樹中顯示。

我們或許有個疑惑：瀏覽器如果渲染過程中遇到JS文件怎么處理？

渲染過程中，如果遇到 <script>就停止渲染，執(zhí)行 JS 代碼。因為瀏覽器渲染和 JS 執(zhí)行共用一個線程，而且這里必須是單線程操作，多線程會產(chǎn)生渲染 DOM 沖突。JavaScript的加載、解析與執(zhí)行會阻塞DOM的構(gòu)建，也就是說，在構(gòu)建DOM時，HTML解析器若遇到了JavaScript，那么它會暫停構(gòu)建DOM，將控制權(quán)移交給JavaScript引擎，等JavaScript引擎運行完畢，瀏覽器再從中斷的地方恢復(fù)DOM構(gòu)建。

也就是說，如果你想首屏渲染的越快，就越不應(yīng)該在首屏就加載 JS 文件，這也是都建議將 script 標(biāo)簽放在 body 標(biāo)簽底部的原因。當(dāng)然在當(dāng)下，并不是說 script 標(biāo)簽必須放在底部，因為你可以給 script 標(biāo)簽添加 defer 或者 async 屬性（下文會介紹這兩者的區(qū)別）。

JS文件不只是阻塞DOM的構(gòu)建，它會導(dǎo)致CSSOM也阻塞DOM的構(gòu)建。

原本DOM和CSSOM的構(gòu)建是互不影響，井水不犯河水，但是一旦引入了JavaScript，CSSOM也開始阻塞DOM的構(gòu)建，只有CSSOM構(gòu)建完畢后，DOM再恢復(fù)DOM構(gòu)建。

這是什么情況？

這是因為JavaScript不只是可以改DOM，它還可以更改樣式，也就是它可以更改CSSOM。因為不完整的CSSOM是無法使用的，如果JavaScript想訪問CSSOM并更改它，那么在執(zhí)行JavaScript時，必須要能拿到完整的CSSOM。所以就導(dǎo)致了一個現(xiàn)象，如果瀏覽器尚未完成CSSOM的下載和構(gòu)建，而我們卻想在此時運行腳本，那么瀏覽器將延遲腳本執(zhí)行和DOM構(gòu)建，直至其完成CSSOM的下載和構(gòu)建。也就是說，在這種情況下，瀏覽器會先下載和構(gòu)建CSSOM，然后再執(zhí)行JavaScript，最后在繼續(xù)構(gòu)建DOM。

image

布局與繪制

當(dāng)瀏覽器生成渲染樹以后，就會根據(jù)渲染樹來進行布局（也可以叫做回流）。這一階段瀏覽器要做的事情是要弄清楚各個節(jié)點在頁面中的確切位置和大小。通常這一行為也被稱為“自動重排”。

布局流程的輸出是一個“盒模型”，它會精確地捕獲每個元素在視口內(nèi)的確切位置和尺寸，所有相對測量值都將轉(zhuǎn)換為屏幕上的絕對像素。

布局完成后，瀏覽器會立即發(fā)出“Paint Setup”和“Paint”事件，將渲染樹轉(zhuǎn)換成屏幕上的像素。

以上我們詳細介紹了瀏覽器工作流程中的重要步驟，接下來我們討論幾個相關(guān)的問題：

幾點補充說明

1.async和defer的作用是什么？有什么區(qū)別?

接下來我們對比下 defer 和 async 屬性的區(qū)別：

image.gif

其中藍色線代表JavaScript加載；紅色線代表JavaScript執(zhí)行；綠色線代表 HTML 解析。

1）情況1 `<scriptsrc="script.js"></script>`

沒有 defer 或 async，瀏覽器會立即加載并執(zhí)行指定的腳本，也就是說不等待后續(xù)載入的文檔元素，讀到就加載并執(zhí)行。

2）情況2 `<scriptasyncsrc="script.js"></script>` (異步下載)

async 屬性表示異步執(zhí)行引入的 JavaScript，與 defer 的區(qū)別在于，如果已經(jīng)加載好，就會開始執(zhí)行——無論此刻是 HTML 解析階段還是 DOMContentLoaded 觸發(fā)之后。需要注意的是，這種方式加載的 JavaScript 依然會阻塞 load 事件。換句話說，async-script 可能在 DOMContentLoaded 觸發(fā)之前或之后執(zhí)行，但一定在 load 觸發(fā)之前執(zhí)行。

3）情況3 `<scriptdefersrc="script.js"></script>`(延遲執(zhí)行)

defer 屬性表示延遲執(zhí)行引入的 JavaScript，即這段 JavaScript 加載時 HTML 并未停止解析，這兩個過程是并行的。整個 document 解析完畢且 defer-script 也加載完成之后（這兩件事情的順序無關(guān)），會執(zhí)行所有由 defer-script 加載的 JavaScript 代碼，然后觸發(fā) DOMContentLoaded 事件。

defer 與相比普通 script，有兩點區(qū)別：載入 JavaScript 文件時不阻塞 HTML 的解析，執(zhí)行階段被放到 HTML 標(biāo)簽解析完成之后；****在加載多個JS腳本的時候，async是無順序的加載，而defer是有順序的加載。

2.為什么操作 DOM 慢

把 DOM 和 JavaScript 各自想象成一個島嶼，它們之間用收費橋梁連接?！陡咝阅?JavaScript》

JS 是很快的，在 JS 中修改 DOM 對象也是很快的。在JS的世界里，一切是簡單的、迅速的。但 DOM 操作并非 JS 一個人的獨舞，而是兩個模塊之間的協(xié)作。

因為 DOM 是屬于渲染引擎中的東西，而 JS 又是 JS 引擎中的東西。當(dāng)我們用 JS 去操作 DOM 時，本質(zhì)上是 JS 引擎和渲染引擎之間進行了“跨界交流”。這個“跨界交流”的實現(xiàn)并不簡單，它依賴了橋接接口作為“橋梁”（如下圖）。

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過“橋”要收費——這個開銷本身就是不可忽略的。我們每操作一次 DOM（不管是為了修改還是僅僅為了訪問其值），都要過一次“橋”。過“橋”的次數(shù)一多，就會產(chǎn)生比較明顯的性能問題。因此“減少 DOM 操作”的建議，并非空穴來風(fēng)。

3.你真的了解回流和重繪嗎

渲染的流程基本上是這樣（如下圖黃色的四個步驟）：1.計算CSS樣式 2.構(gòu)建Render Tree 3.Layout – 定位坐標(biāo)和大小 4.正式開畫

image.gif

注意：上圖流程中有很多連接線，這表示了Javascript動態(tài)修改了DOM屬性或是CSS屬性會導(dǎo)致重新Layout，但有些改變不會重新Layout，就是上圖中那些指到天上的箭頭，比如修改后的CSS rule沒有被匹配到元素。

這里重要要說兩個概念，一個是Reflow，另一個是Repaint

重繪：當(dāng)我們對 DOM 的修改導(dǎo)致了樣式的變化、卻并未影響其幾何屬性（比如修改了顏色或背景色）時，瀏覽器不需重新計算元素的幾何屬性、直接為該元素繪制新的樣式（跳過了上圖所示的回流環(huán)節(jié)）。
回流：當(dāng)我們對 DOM 的修改引發(fā)了 DOM 幾何尺寸的變化（比如修改元素的寬、高或隱藏元素等）時，瀏覽器需要重新計算元素的幾何屬性（其他元素的幾何屬性和位置也會因此受到影響），然后再將計算的結(jié)果繪制出來。這個過程就是回流（也叫重排）

我們知道，當(dāng)網(wǎng)頁生成的時候，至少會渲染一次。在用戶訪問的過程中，還會不斷重新渲染。重新渲染會重復(fù)回流+重繪或者只有重繪。回流必定會發(fā)生重繪，重繪不一定會引發(fā)回流。重繪和回流會在我們設(shè)置節(jié)點樣式時頻繁出現(xiàn)，同時也會很大程度上影響性能?；亓魉璧某杀颈戎乩L高的多，改變父節(jié)點里的子節(jié)點很可能會導(dǎo)致父節(jié)點的一系列回流。

1）常見引起回流屬性和方法

任何會改變元素幾何信息(元素的位置和尺寸大小)的操作，都會觸發(fā)回流，

添加或者刪除可見的DOM元素；
元素尺寸改變——邊距、填充、邊框、寬度和高度
內(nèi)容變化，比如用戶在input框中輸入文字
瀏覽器窗口尺寸改變——resize事件發(fā)生時
計算 offsetWidth 和 offsetHeight 屬性
設(shè)置 style 屬性的值

2）常見引起重繪屬性和方法

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3）如何減少回流、重繪

使用 transform 替代 top
使用 visibility 替換 display: none ，因為前者只會引起重繪，后者會引發(fā)回流（改變了布局）
不要把節(jié)點的屬性值放在一個循環(huán)里當(dāng)成循環(huán)里的變量。

for(let i = 0; i < 1000; i++) {
// 獲取 offsetTop 會導(dǎo)致回流，因為需要去獲取正確的值
console.log(document.querySelector('.test').style.offsetTop)
}

</pre>

不要使用 table 布局，可能很小的一個小改動會造成整個 table 的重新布局
動畫實現(xiàn)的速度的選擇，動畫速度越快，回流次數(shù)越多，也可以選擇使用 requestAnimationFrame
CSS 選擇符從右往左匹配查找，避免節(jié)點層級過多
將頻繁重繪或者回流的節(jié)點設(shè)置為圖層，圖層能夠阻止該節(jié)點的渲染行為影響別的節(jié)點。比如對于 video 標(biāo)簽來說，瀏覽器會自動將該節(jié)點變?yōu)閳D層。

性能優(yōu)化策略

基于上面介紹的瀏覽器渲染原理，DOM 和 CSSOM 結(jié)構(gòu)構(gòu)建順序，初始化可以對頁面渲染做些優(yōu)化，提升頁面性能。

JS優(yōu)化： <script> 標(biāo)簽加上 defer屬性和 async屬性用于在不阻塞頁面文檔解析的前提下，控制腳本的下載和執(zhí)行。 defer屬性：用于開啟新的線程下載腳本文件，并使腳本在文檔解析完成后執(zhí)行。 async屬性： HTML5新增屬性，用于異步下載腳本文件，下載完畢立即解釋執(zhí)行代碼。
CSS優(yōu)化： <link> 標(biāo)簽的 rel屬性中的屬性值設(shè)置為 preload 能夠讓你在你的HTML頁面中可以指明哪些資源是在頁面加載完成后即刻需要的,最優(yōu)的配置加載順序，提高渲染性能

總結(jié)

綜上所述，我們得出這樣的結(jié)論：

瀏覽器工作流程：構(gòu)建DOM -> 構(gòu)建CSSOM -> 構(gòu)建渲染樹 -> 布局 -> 繪制。
CSSOM會阻塞渲染，只有當(dāng)CSSOM構(gòu)建完畢后才會進入下一個階段構(gòu)建渲染樹。
通常情況下DOM和CSSOM是并行構(gòu)建的，但是當(dāng)瀏覽器遇到一個不帶defer或async屬性的script標(biāo)簽時，DOM構(gòu)建將暫停，如果此時又恰巧瀏覽器尚未完成CSSOM的下載和構(gòu)建，由于JavaScript可以修改CSSOM，所以需要等CSSOM構(gòu)建完畢后再執(zhí)行JS，最后才重新DOM構(gòu)建。

參考文章

async 和 defer 的區(qū)別 | SegmentFault
瀏覽器的渲染原理簡介
前端面試之道
關(guān)鍵渲染路徑
前端性能優(yōu)化原理與實踐
由入門到專家：前端全鏈路開發(fā)實踐手冊
Web 前端面試指南與高頻考題解析

【本文作者】

浪里行舟：碩士研究生，專注于前端。個人公眾號：「前端工匠」，致力于打造適合初中級工程師能夠快速吸收的一系列優(yōu)質(zhì)文章

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原來 CSS 與 JS 是這樣阻塞 DOM 解析和渲染的

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你不知道的瀏覽器頁面渲染機制

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前言

頁面加載過程