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渲染时间点
浏览器里面有一个网络进程,进程里面会有一个网络线程:去通信一顿操作之后拿到
HTML
之后会把这个东西生成 成 一个渲染任务 放到消息队列去排队,渲染主线程拿到渲染任务之后启动渲染流程
渲染流水线

浏览器是如何渲染页面的?
当浏览器的网络线程收到HTML文档后,会产生一个渲染任务,并将其传递给渲染主线程的消息队列。
在事件循环机制的作用下,渲染主线程取出消息队列中的渲染任务,开启渲染流程。
整个渲染流程分为多个阶段,分别是:
HTML
解析、样式计算、布局、分层、绘制、分块、光栅化、画每个阶段都有明确的输入输出,上一个阶段的输出会成为下一个阶段的输入。
这样整个渲染流程就形成了一套组织严密的生产流水线。
渲染的第一步是解析
HTML
。解析过程中遇到
CSS
解析CSS
,遇到JS
执行JS
。为了提高效率,浏览器在开启解析前会启动一个预解析的线程,率先下载HTML中的外部CSS
文件和外部的JS
文件。如果主线程解析到
link
位置,此时外部的CSS
文件还没有下载好,主线程不会等待,继续解析后续的HTML
。这是因为下载和解析CSS
的工作是在预解析线程中进行的。这就是CSS
不会阻塞HTML
解析的根本原因。如果主线程解析到
script
位置,会停止解析HTML
,转而等待JS
文件下载好,并将全局代码解析执行完成后,才能继续解析HTML。这是因为JS
代码的执行过程可能会修改当前的DOM
树,所以DOM
树的生产必须暂停。这就是JS
会阻塞HTML
解析的根本原因。第一步完成后,会得到
DOM
树和CSSOM
树,浏览器的默认样式、内部样式、外部样式、行内样式均会包含在CSSOM
树中。
渲染的第二步是样式计算。
主线程会遍历得到的
DOM
树,依次为树中的每个节点计算出它最终的样式,称之为Computed Style
。在一过程中,很多预设值会变成绝对值,比如
red
会变成rgb(255,0,0)
;相对单位会变成绝对单位,比如em
会变成px
。这一步完成后,会得到一颗带有样式的
DOM
树。
渲染的第三步是布局。
布局完成后会得到布局树。
布局阶段会依次遍历
DOM
树的每一个节点,计算每个阶段的几何信息。例如节点的宽高、相对包含快的位置。大部分时候,
DOM
树和布局树并非一一对应。原因:
布局树是记录节点的几何信息(尺寸和位置)的,如果设置了
display: none;
,则节点失去几何信息,不会被添加到布局树中。伪元素节点不存在于
DOM
树中,但是有几何信息,因此会被生成到布局树中。布局过程存在两个规则(
w3c
规定):
- 内容必须在行盒中
- 行盒和块盒不能相邻
如果在块盒中直接写入内容,则会在中间生成一个匿名行盒 ;如果块盒和行盒相邻,则为行盒外部生成一个匿名块盒。(参考上图)
📌插播小知识:
html
标签只表明语义,不区分行盒或块盒,css
决定元素是行盒还是块盒。通常理解的
<p>, <div>
是块盒,是因为浏览器默认样式给它们设置了display: block;
。
<head>
,<meta>
等标签都是隐藏的,是因为浏览器默认样式表给它们设置了display: none;
。可以在github上chromium的源代码中找到这些默认样式。
上述的
DOM
树和布局树都是指浏览器底层的C++
对象,它们以不同程度暴露到JS
中。对于
DOM
树,JS
提供了document
对象可以访问;而布局树,只暴露出了很少的内容,例如:clientWidth
,offsetWidth
等属性。
渲染的第四步是分层。
主线程会使用一套复杂的策略对整个布局树中进行分层。
分层的好处在于,将来某一个层改变后,仅会对该层进行后续处理,从而提示效率。
滚动条、堆叠上下文(与堆叠上下文有关的属性:
z-index
,opacity
,transform
......)等样式都会或多或少的影响分层结果,也可以通过will-change
属性更大程序的影响分层。注意:
will-change
不要滥用,不要一开始写代码就用这个属性,一定要是效率出了问题、渲染变得卡了,最后定位就是分层造成的,某块区域经常变动 不希望重绘的过多,所以让这块区域单独形成一个层,这个时候才考虑使用will-change
,不要滥用,因为分层过多不是好事~多了也会容易造成卡顿等引用自MDN
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 transform
、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。分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。
📌插播小知识will-change :通常大多数元素例如
<div>
不会单独分为一层,但是如果它的内容经常需要更新、需要重新渲染,可以添加一个属性:will-change
。如果这个元素的
transform
属性需要经常发生变化,那么可以声明will-change: transform;
,告知浏览器其需要经常更新,但是最后是否决定分层依然是浏览器的具体实现决定的。
渲染的第五步是绘制。
主线程会为每个层单独产生绘制指令集,用于描述这一层的内容该如何画出来。
绘制指令类似于
canvas
的操作方法:
- 移动画笔到
xxx
- 绘制宽为x,高为y的矩形
- ......
事实上,
canvas
是浏览器将绘制过程封装后提供给开发者的工具。
渲染的第六步是分块。
完成绘制后,主线程将每个图层的绘制信息提交给合成线程,剩余工作将由合成线程完成。
合成线程首先对每个图层进行分块,将其划分为更多的小区域。
它会从线程池中拿取多个线程来完成分块工作。
其中的合成线程和渲染主线程都位于渲染进程里。
目前大多数浏览器的策略是每个标签页都对应一个渲染进程,渲染进程里面包含多个线程。
渲染的第七步是光栅化。
合成线程会将块信息交给
GPU
进程,以极高的速度完成光栅化。
GPU
进程会开启多个线程来完成光栅化,并且优先处理靠近视口区域的块。光栅化的结果就是一块一块的位图。
渲染的最后一步 也就是第八步 是 画。
合成线程拿到每个层、每个块的位图后,生成一个个【指引 [
quad
] 】信息。指引会标识出每个位图应该画到屏幕的哪个位置,以及会考虑到旋转、缩放等变形。
变形发生在合成线程,与渲染主线程无关,这就是
transform
效果高的本质原因。合成线程会把
quad
提交给GPU
进程,由GPU
进程产生系统调用,提交给GPU
硬件,完成最终的屏幕成像。为什么合成线程不直接将结果交给硬件,而要先转交给
GPU
?答:
合成线程和渲染主线程都是隶属于渲染进程 的,渲染进程处于沙盒 中,无法进行系统调度,即无法直接与硬件
GPU
通信。沙盒是一种浏览器安全策略,使得渲染进程无法直接与操作系统、硬件通信,可以避免一些网络病毒的攻击。
综上,合成线程将计算结果先转交给浏览器的
GPU
进程,再由其发送给硬件GPU
,最终将内容显示到屏幕上。
👉CSS
中的transform
是在这一步确定的,只需要对位图进行矩阵变换。这也是transform效率高的主要原因,因为它与渲染主线程无关,这个过程发生在合成线程中。
什么是reflow
?
reflow
的本质就是重新计算layout
树。当进行了会影响布局树的操作后,需要重新计算布局树,会引发
layout
。为了避免连续的多次操作导致布局树反复计算,浏览器会合并这些操作,当
JS
代码全部完成后再进行统一计算。所以,改动属性造成的reflow
是异步完成的。也同样因为如此,当
JS
获取布局属性时,就可能造成无法获取到最新的布局信息。浏览器再反复权衡下,最终决定获取属性立即
reflow
。
什么是repaint
?
repaint
的本质就是重新根据分层信息计算了绘制指令。当改动了可见样式后,就需要重新计算,会引发
repaint
。由于元素的布局信息也属于可见样式,所以
reflow
一定会引起repaint
。
为什么transform
的效率高?
因为
transform
既不会影响布局也不会影响绘制指令,它影响的只是渲染流程的最后一个draw
阶段。由于
draw
阶段在合成线程中,所以transform
的变化几乎不会影响到渲染主线程。反之,渲染主线程无论如何忙碌,也不会影响
transform
的变化。
编写有误还请各位指正,万分感谢。