浅析Chrome的渲染流程（上）

雨点打透心脏的1/2处 2023-07-12 03:45 5阅读 0赞

通常，我们编好了HTML、CSS、JavaScript等文件，经过浏览器就会显示出漂亮的页面，但是浏览器是怎么将它们转化成页面的呢？有兴趣的朋友请往下看。

## HTML、CSS、JavaScript是什么 ##

首先我们看下面的图：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjA3MTExNw_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
从图中可以看出，**HTML的内容是由标记和文本组成**。标记也称为**标签**，每个标签都有它自己的语义（div、span除外），浏览器会根据标签的语义来正确展示HTML内容。比如上面的`<p>`标签是告诉浏览器在这里的内容需要创建一个段落，中间的文本就是段落中需要显示的内容。

如果需要改变HTML的字体颜色、大小等信息，就需要用到CSS。**CSS又称为层叠样式表，是由选择器和属性组成**，比如图中的p选择器，它会把HTML里面的`<p>`标签的内容选择出来，然后再把选择器的属性值应用到`<p>`标签内容上。选择器里面有个color属性，它的值是red，这是告诉浏览器引擎把`<p>`标签的内容显示红色。

**JavaScript（简称JS），使用它可以让网页的内容 “动” 起来**，比如上图中，可以通过JavaScript来修改CSS样式值，从而达到修改文本颜色的目的。

由于渲染机制过于复杂，所以渲染模块在执行过程中会被划分为很多子阶段，输入HTML经过这些子阶段，最后输出像素（一张位图）。我们把这样的一个处理流程叫做渲染流水线，其大致流程如下图所示：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjA3MTExNw_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
按照渲染的时间顺序，流水线可以划分如下几个阶段：构建DOM树、样式计算、布局阶段、分层、绘制、分块、光栅化和合成。

## 构建DOM树 ##

为什么要构建DOM树呢？**这是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。**

DOM树的构建过程，可以参考下图：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjA3MTExNw_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
从图中可以看出，构建DOM树的输入内容是一个非常简单的HTML文件，然后经由HTML解析器解析，最终输入树状结构的DOM。

你可以在Chrome的 “开发者工具” 中，选择 “Console” 标签来打开控制台，然后在控制台里面输入 “document” 后回车，这样你就能看到一个完整的DOM结构了，如下图所示：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjA3MTExNw_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]  
图中的doucment就是DOM结构，你可以看到，DOM和HTML内容几乎是一样的。但是和HTML不同的是，DOM是保存在内存中树状结构，可以通过JavaScript来查询和修改其内容。

那我们如何通过JavaScript代码来修改DOM结构呢？在控制台中输入以下内容：

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

这句代码的作用是把第一个p标签的内容的修改为black，具体的执行结果可以参考下图：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjA3MTExNw_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]  
从图中可以看到，在执行了一段修改第一个p标签的JavaScript代码后，DOM的第一个p节点的内容成功被修改，同时页面的内容也被修改了。

## 样式计算 ##

这个阶段可以分为三个步骤来完成。

**1.把CSS转换成浏览器能够理解的结构**

CSS的来源有三种：

*  通过link引用外部的CSS文件
 *  `<style>`标记内的CSS
 *  元素的style属性内嵌的CSS

如下图所示：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjA3MTExNw_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]  
和HTML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**。

你可以在Chrome “开发者工具中” 的 “Console” 中输入document.styleSheets，就可以看到如下图所示的内容：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjA3MTExNw_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]  
从图中可以看到，这个样式表包含了很多中样式，已经把那三种来源的样式都包含进去了。

**2.转换样式表中的属性值，使其标准化**

现在我们已经把现有的CSS文本转换为浏览器可以理解的结构了，那么**接下来就要对其进行属性值的标准化操作**。

首先看下面的代码：

body { font-size: 2em }
    p {color:blue;}
    span  {display: none}
    div {font-weight: bold}
    div  p {color:green;}
    div {color:red; }

可以看到上面的CSS文本中有很多的属性值，如2em、blue、bold，这些类型值不容易被渲染引擎理解，所以**需要将所有值转换为渲染引擎容易理解的、标准化的计算值**，这个过程就是属性值标准化。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjA3MTExNw_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]  
从图中可以看到，2em被解析成了 32px, red被解析成了 rgb(255,0,0), bold被解析成了700…

**3.计算出DOM树中每个节点的具体样式**

现在样式的属性值已经被标准化了，接下来就需要计算DOM树中每个节点的样式属性了，如何计算呢？

**这就涉及到CSS的继承规则和层叠样式了。**

首先是CSS继承。**CSS继承就是每个DOM节点都包含父节点的样式**。我们结合具体例子来说明一下：

body { font-size: 20px }
    p {color:blue;}
    span  {display: none}
    div {font-weight: bold;color:red}
    div  p {color:green;}

这张样式表最终应用到DOM节点上的效果如下图所示：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjA3MTExNw_size_16_color_FFFFFF_t_70 8]  
从图中可以看出，所有子节点都继承了父节点样式。比如body节点的font-size属性是20，那body节点下面的所有节点的font-size都等于20。

我们可以在Chrome “开发者工具” 的"element" 标签中，选择 “style” 子标签，可以看到如下的界面：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjA3MTExNw_size_16_color_FFFFFF_t_70 9]  
这个界面展示的信息很丰富，大致可描述如下：

*  首先，可以选择要查看的**元素的样式（位于图中的区域2中）**，在图中的第一个区域中点击对应的元素，就可以在下面区域看到要查看的样式了。比如这里我们选择的元素时p标签，位于html.body.div.这个路径下面。
 *  其次，可以从**样式来源（位于图中的区域3中**）中查看样式的具体来源信息，看看是来源于样式文件，还是来源于**UserAgent样式表，它是浏览器提供的一组默认样式，如果你不提供任何样式，默认使用的就是UserAgent样式**。
 *  最后，可以通过区域2和区域3来查看样式继承的具体过程。

以上就是CSS继承的一些特性，样式计算过程中，会根据DOM节点的继承关系来合理计算节点样式。

样式计算中的第二个规则是样式层叠。**层叠是CSS的一个基本特征，它是一个定义了如何合并来自多个源的属性值的算法**。**它在CSS处于核心地位，CSS的全称 “层叠样式表” 正是强调了这一点**。

总之，样式计算阶段的目的就是为了计算出每个元素的具体样式，在计算过程中需要遵守CSS的继承和层叠两个规则。这个阶段最终输出的内容是每个DOM节点的样式，并被保存在ComputedStyle的结构中。

如果想了解每个DOM元素最终的计算样式，可以打开Chrome “开发者工具” 中的 "element"标签， 然后再选择 “Computed” 子标签，如下图所示：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjA3MTExNw_size_16_color_FFFFFF_t_70 10]  
上图红色方框中显示了html.body.div.p标签的ComputedStyle的值。

## 布局阶段 ##

现在，我们有了DOM和DOM树中元素的样式，但这还不足以显示页面，因为我们还不知道DOM元素的几何位置信息。**那么接下来就需要计算出DOM树中可见元素的几何位置，我们把这个计算过程叫作布局**。

Chrome在布局阶段需要完成两个任务：创建布局树和布局计算。

**1.创建布局树**

由于DOM中含有很多不可见的元素，比如head标签，还有使用了display:none属性的元素。所以在显示之前，还要额外地构建一颗只包含可见元素的布局树。

我们结合下图来看看布局树的构造过程：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjA3MTExNw_size_16_color_FFFFFF_t_70 11]  
从上图可以看出，DOM树中的所有不可见的节点都没有包含到布局树中。

为了构建布局树，浏览器大体上完成了下面的这些工作：

*  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.p.span这个元素，因为它的属性包含display:none，所以这个元素也没有被包含在布局树中。

**2.布局计算**

现在我们有了一颗完整的布局树。那么接下来，就要计算布局节点的位置了。

在执行布局操作的时候，会把布局运算的结构重新协会布局树中，所以布局树既是输入内容，也是输出内容，这是布局阶段一个不合理的地方，因为布局阶段并没有清晰地将输入内容和输出内容区分开来。

今天就讲这么多，感兴趣的朋友可以留意我后面的文章。

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