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浏览器渲染机制

分类: 文章 • 2024-03-26 17:35:58

浏览器进程

renderer进程：

  • 浏览器内核每个tab页面对应一个独立的renderer进程
  • 内部有多个线程。
  • 负责脚本执行，位图绘制，事件触发，任务队列轮询等

Broswer进程：

  • 浏览器的主进程，负责主控，协调（浏览器大脑）
  • 网络资源的管理，下载等（页面网络文件）
  • 负责将renderer进程得到的存在内存中的位图渲染（显示）到页面
  • 负责创建和销毁tab进程（renderer进程
  • 负责与用户的交互

GPU进程：
负责3D绘制，只有当该页面使用了硬件加速才会使用它，来渲染（显示）页面。否则的话，不使用这个进程，而是用Browser进程来渲染（显示）页面

第三方插件进程：
每种类型的插件对应一个进程

renderer进程（浏览器渲染进程）

renderer进程是多线程进程

js引擎线程

  • 也称js内核，解析js脚本，执行代码
  • JS引擎一直等待任务队列中任务的到来，然后加以处理，一个Tab页（renderer进程）中只有一个JS线程在运行
  • 与GUI线程互斥，即当js引擎线程运行时，GUI线程会被挂起，当js引擎线程结束运行时，才会继续运行GUI线程，所以如果JS执行的时间过长，要放在body下面，否则就会导致页面渲染加载阻塞。
  • 由一个主线程和多个web worker线程组成，由于web worker是附属于主线程，无法操作dom等，所以js还是单线程语言（在主线程运行js代码

GUI渲染线程

  • 负责渲染浏览器界面，用于解析html为DOM树，解析css为CSSOM树，布局layout，绘制paint
  • 当界面需要重绘（Repaint）或由于某种操作引发回流(reflow)时，该线程就会执行
  • 注意，GUI渲染线程与JS引擎线程是互斥的，当JS引擎执行时GUI线程会被挂起（相当于被冻结了），GUI更新会被保存在一个队列中等到JS引擎空闲时立即被执行

事件触发线程

  • 当对应事件触发（不论是WebAPIs完成事件触发，还是页面交互事件触发）时，该线程会将事件对应的回调函数放入callback queue（任务队列）中，等待js引擎线程的处理

定时触发器线程

  • setInterval与setTimeout在此线程中计时完毕后，把回调函数放入事件队列中
  • 浏览器定时计数器并不是由JavaScript引擎计数的,（因为JavaScript引擎是单线程的, 如果处于阻塞线程状态就会影响记计时的准确），因此通过单独线程来计时并触发定时（计时完毕后，添加到事件队列中，等待JS引擎空闲后执行）
  • 当setTimeout的定时的时间小于4ms，一律按4ms来算

http请求线程（异步）

  • 每有一个http请求就开一个该线程
  • 当检测到状态变更的话，就会产生一个状态变更事件，如果该状态变更事件对应有回调函数的话，则放入任务队列中

任务队列轮询线程

  • 用于轮询监听任务队列，以知道任务队列是否为空

浏览器渲染机制

render树

html和css同时渲染不会造成堵塞，但render树是在dom树和cssdom树渲染完毕组成，css应该放在head头部越早引入，越早同时解析）

由DOM树与CSS树结合形成的渲染树（其中无法显示的元素，如script，head元素或diplay：none的元素，不会在渲染树中，也就最终不会被渲染出来），页面的布局，绘制都是以render树为依据。

回流与重绘

  • 布局是页面首次加载时进行的操作，重新布局即为回流。当页面的某部分元素发生了尺寸、位置、隐藏发生了改变，页面进行回流。得对整个页面重新进行布局计算，将所有尺寸，位置受到影响的元素回流。
  • 绘制是页面首次加载时进行的操作，重新绘制即为重绘。当页面的某部分元素的外观发生了改变，但尺寸、位置、隐藏没有改变，页面进行重绘。（同样，只重绘部分元素，而不是整个页面重绘）
  • 回流的同时往往会伴随着重绘，重绘不一定导致回流。
  • 回流导致的代价是大于重绘的

引起回流的原因

  • 页面初始化渲染
  • 调整窗口大小
  • 改变字体
  • 增加或者移除样式表
  • 内容变化，比如用户在input框中输入文字
  • ** CSS 伪类，比如 :hover (IE 中为兄弟结点伪类的**)
  • 操作 class 属性
  • 脚本操作 DOM
  • 计算 width和 height属性
  • 设置 style 属性的值
    – 当获取一些属性时，浏览器为了返回正确的值也会触发回流，导致浏览器优化无效，有： 1. offset（top/bottom/left/right） 2. client (top/bottom/left/right) 3. scroll (top/bottom/left/right) 4. getComputedStyle()
  • 很多浏览器会对回流进行优化，一定时间段后或数量达到阕值时，做一次批处理回流。
    频繁的回流与重绘会导致频繁的页面渲染，导致cpu或gpu过量使用，使得页面卡顿。

减少回流方法

  • 不要通过父级来改变子元素样式，最好直接改变子元素样式，改变子元素样式尽可能不要影响父元素和兄弟元素的大小和尺寸
  • 尽量通过class来设计元素样式，切忌用style多次操作单个属性
    实现元素的动画，对于经常要进行回流的组件，要抽离出来，它的position属性应当设为fixed或absolute
  • 权衡速度的平滑。比如实现一个动画，以1个像素为单位移动这样最平滑，但reflow就会过于频繁，CPU很快就会被完全占用。如果以3个像素为单位移动就会好很多。
  • 不要用tables布局的另一个原因就是tables中某个元素一旦触发reflow就会导致table里所有的其它元素reflow。在适合用table的场合，可以设置table-layout为auto或fixed，这样可以让table一行一行的渲染，这种做法也是为了限制reflow的影响范围。
  • css里不要有表达式expression
  • 减少不必要的 DOM 层级（DOM depth）。改变 DOM 树中的一级会导致所有层级的改变，上至根部，下至被改变节点的子节点。这导致大量时间耗费在执行 reflow 上面。
  • 避免不必要的复杂的 CSS 选择器，尤其是后代选择器（descendant selectors），因为为了匹配选择器将耗费更多的 CPU。
  • 尽量不要过多的频繁的去增加，修改，删除元素，因为这可能会频繁的导致页面reflow，可以先把该dom节点抽离到内存中进行复杂的操作然后再display到页面上。
  • 请求如下值offsetTop, offsetLeft, offsetWidth, offsetHeight，scrollTop/Left/Width/Height，clientTop/Left/Width/Height，浏览器会发生reflow，建议将他们合并到一起操作，可以减少回流的次数。
  • 使用硬件加速创建一个新的复合图层，当其需要回流时不会影响原始复合图层回流

硬件加速
我们在未开启硬件加速的时候是使用cpu来渲染页面，只有开启了硬件加速了，才会使用到GPU渲染页面。

在详细讲解硬件加速前，我们先来讲解一下简单图层和复合图层

  • DOM中的每个结点对应一个简单图层 - 复合图层是各个简单图层的合并，一个页面一般来说只有一个复合图层，无论你创建了多少个元素，都是在这个复合图层中
  • 其次，absolute、fixed布局，可以使该元素脱离文档流，但还是在这个复合图层中，所以他还是会影响复合图层的绘制，但不会影响重排当一个元素使用硬件加速后，会生成一个新的复合图层，这样不管其如何变化，都不会影响原复合图层。不过不要大量使用硬件加速，会导致资源消耗过度，导致页面也卡。
     所以，使用了硬件加速后，会有多个复合图层，然后多个复合图层互相独立，单独布局、绘制。
     
    使用硬件加速
  1. translate3d,translateZ
  2. opacity属性

硬件加速时请使用z-index

具体原理是这样的：

当一个元素使用了硬件加速，在其后的元素，若z-index比他大或者相同，且absolute或fixed的属性相同，则默认为这些元素也创建各自的复合图层。

所以我们人为地为这个元素添加z-index值，从而避免这种情况

浏览器页面的渲染流程

1.Browser进程下载html文件并将文件发送给renderer进程

2. renderer进程的GUI进程开始解析html文件来构建出DOM

3. 当遇到外源css时，Browser进程下载该css文件并发送回来，GUI线程再解析该文件，在这同时，html的解析也同时进行，但不会渲染（还未形成渲染树）

4. 当遇到内部css时，html的解析和css的解析同时进行

5. 继续解析html文件，当遇到外源js时，Browser进程下载该js文件并发送回来，此时，js引擎线程解析并执行js，因为GUI线程和js引擎线程互斥，所以GUI线程被挂起，停止继续解析html。直到js引擎线程空闲，GUI线程继续解析html。

6. 遇到内部js也是同理

7. 解析完html文件，形成了完整的DOM树，也解析完了css，形成了完整的CSSOM树，两者结合形成了render树

8. 根据render树来进行布局，若在布局的过程中发生了元素尺寸、位置、隐藏的变化或增加、删除元素时，则进行回流，修改

9. 根据render树进行绘制，若在布局的过程中元素的外观发生变换，则进行重绘

10. 将布局、绘制得到的各个简单图层的位图发送给Browser进程，由它来合并简单图层为复合图层，从而显示到页面上

11. 以上步骤就是html文件解析全过程，完成之后，如若当页面有元素的尺寸、大小、隐藏有变化时，重新布局计算回流，并修改页面中所有受影响的部分，如若当页面有元素的外观发生变化时，重绘

DOMContentLoaded和load事件

  • DOMContentLoaded：当DOM加载完成触发
  • load：当DOM，样式表，脚本都加载完时触发

DOMContentLoaded在load之前触发

css堵塞

首先，是在Browser进程中下载css文件，当下载完成后，发送给GUI线程。
其次，是在GUI线程中解析html及css，不过这两者是并行的。

由于css的下载和解析不会影响DOM树，所以不会堵塞html文件的解析，但会堵塞页面渲染。

这样的设计是非常合理的，如果css文件的下载和解析不会堵塞页面渲染，那么在页面渲染的途中或结束后发现元素样式有变化，则又需要回流和重绘

css位置
一般放在head中，因为css的解析不影响html的解析，所以越早引入，越早同时解析。

js堵塞

明确的是，js文件的下载和解析执行都会堵塞html文件的解析及页面渲染。

因为js脚本可能会改变DOM结构，若是其不堵塞html文件的解析及页面渲染的话，那么当js脚本改变DOM结构或元素样式时，会引发回流和重绘，会造成不必要的性能浪费，不如等待js执行完，在进行html解析和页面渲染。

如果你不想js堵塞的话，则使用async属性，这样就可以异步加载js文件，加载完成后立即执行。

宏任务和微任务

宏任务

  • 主代码块和任务队列中的回调函数就是宏任务。
  • 为了使js内部宏任务和DOM任务能够有序的执行，每次执行完宏任务后，会在下一个宏任务执行之前，对页面重新进行渲染。（宏任务 -> 渲染 -> 宏任务）
    主代码块，setTimeout，setInterval，requestAnimationFrame等（任务队列中的所有回调函数都是宏任务）
    微任务
  • 在宏任务执行过程中，执行到微任务时，将微任务放入微任务队列中
  • 在宏任务执行完后，在重新渲染之前执行
  • 当一个宏任务执行完后，他会将产生的所有微任务执行完。
  • process.nextTick,MutationObserver,Promise.then catch finally等

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