浏览器的渲染原理简介
2013-10-26 09:56
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浏览器工作大流程
废话少说，先来看个图：
从上面这个图中，我们可以看到那么几个事：
1）浏览器会解析三个东西：
一个是HTML/SVG/XHTML，事实上，Webkit有三个C++的类对应这三类文档。解析这三种文件会产生一个DOM Tree。
CSS，解析CSS会产生CSS规则树。
Javascript，脚本，主要是通过DOM API和CSSOM API来操作DOM Tree和CSS Rule Tree.
2）解析完成后，浏览器引擎会通过DOM Tree 和 CSS Rule Tree 来构造 Rendering Tree。注意：
Rendering Tree 渲染树并不等同于DOM树，因为一些像Header或display:none的东西就没必要放在渲染树中了。
CSS 的 Rule Tree主要是为了完成匹配并把CSS Rule附加上Rendering Tree上的每个Element。也就是DOM结点。也就是所谓的Frame。
然后，计算每个Frame（也就是每个Element）的位置，这又叫layout和reflow过程。
3）最后通过调用操作系统Native GUI的API绘制。
DOM解析
<html> <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>
上面这段HTML会解析成这样：
下面是另一个有SVG标签的情况。
CSS解析
CSS的解析大概是下面这个样子（下面主要说的是Gecko也就是Firefox的玩法），假设我们有下面的HTML文档：<doc> <title>A few quotes</title> <para> Franklin said that <quote>"A penny saved is a penny earned."</quote> </para> <para> FDR said <quote>"We have nothing to fear but <span>fear itself.</span>"</quote> </para> </doc>
于是DOM Tree是这个样子：
然后我们的CSS文档是这样的：
/* rule 1 */ doc { display: block; text-indent: 1em; }
/* rule 2 */ title { display: block; font-size: 3em; }
/* rule 3 */ para { display: block; }
/* rule 4 */ [class="emph"] { font-style: italic; }于是我们的CSS Rule Tree会是这个样子：
注意，图中的第4条规则出现了两次，一次是独立的，一次是在规则3的子结点。所以，我们可以知道，建立CSS Rule Tree是需要比照着DOM Tree来的。CSS匹配DOM Tree主要是从右到左解析CSS的Selector，好多人以为这个事会比较快，其实并不一定。关键还看我们的CSS的Selector怎么写了。
注意：CSS匹配HTML元素是一个相当复杂和有性能问题的事情。所以，你就会在N多地方看到很多人都告诉你，DOM树要小，CSS尽量用id和class，千万不要过渡层叠下去，……
通过这两个树，我们可以得到一个叫Style Context Tree，也就是下面这样（把CSS Rule结点Attach到DOM Tree上）：
所以，Firefox基本上来说是通过CSS
解析 生成 CSS Rule Tree，然后，通过比对DOM生成Style Context Tree，然后Firefox通过把Style Context Tree和其Render Tree（Frame Tree）关联上，就完成了。注意：Render Tree会把一些不可见的结点去除掉。而Firefox中所谓的Frame就是一个DOM结点，不要被其名字所迷惑了
注：Webkit不像Firefox要用两个树来干这个，Webkit也有Style对象，它直接把这个Style对象存在了相应的DOM结点上了。
渲染
渲染的流程基本上如下（黄色的四个步骤）：计算CSS样式
构建Render Tree
Layout – 定位坐标和大小，是否换行，各种position, overflow, z-index属性 ……
正式开画
注意：上图流程中有很多连接线，这表示了Javascript动态修改了DOM属性或是CSS属会导致重新Layout，有些改变不会，就是那些指到天上的箭头，比如，修改后的CSS rule没有被匹配到，等。
这里重要要说两个概念，一个是Reflow，另一个是Repaint。这两个不是一回事。
Repaint——屏幕的一部分要重画，比如某个CSS的背景色变了。但是元素的几何尺寸没有变。
Reflow——意味着元件的几何尺寸变了，我们需要重新验证并计算Render Tree。是Render Tree的一部分或全部发生了变化。这就是Reflow，或是Layout。（HTML使用的是flow based layout，也就是流式布局，所以，如果某元件的几何尺寸发生了变化，需要重新布局，也就叫reflow）reflow
会从<html>这个root frame开始递归往下，依次计算所有的结点几何尺寸和位置，在reflow过程中，可能会增加一些frame，比如一个文本字符串必需被包装起来。
Reflow的成本比Repaint的成本高得多的多。DOM Tree里的每个结点都会有reflow方法，一个结点的reflow很有可能导致子结点，甚至父点以及同级结点的reflow。在一些高性能的电脑上也许还没什么，但是如果reflow发生在手机上，那么这个过程是非常痛苦和耗电的。
所以，下面这些动作有很大可能会是成本比较高的。
当你增加、删除、修改DOM结点时，会导致Reflow或Repaint
当你移动DOM的位置，或是搞个动画的时候。
当你修改CSS样式的时候。
当你Resize窗口的时候（移动端没有这个问题），或是滚动的时候。
当你修改网页的默认字体时。
注：display:none会触发reflow，而visibility:hidden只会触发repaint，因为没有发现位置变化。
多说两句关于滚屏的事，通常来说，如果在滚屏的时候，我们的页面上的所有的像素都会跟着滚动，那么性能上没什么问题，因为我们的显卡对于这种把全屏像素往上往下移的算法是很快。但是如果你有一个fixed的背景图，或是有些Element不跟着滚动，有些Elment是动画，那么这个滚动的动作对于浏览器来说会是相当相当痛苦的一个过程。你可以看到很多这样的网页在滚动的时候性能有多差。因为滚屏也有可能会造成reflow。
基本上来说，reflow有如下的几个原因：
Initial。网页初始化的时候。
Incremental。一些Javascript在操作DOM Tree时。
Resize。其些元件的尺寸变了。
StyleChange。如果CSS的属性发生变化了。
Dirty。几个Incremental的reflow发生在同一个frame的子树上。
好了，我们来看一个示例吧：
var bstyle = document.body.style; // cache
bstyle.padding = "20px"; // reflow, repaint
bstyle.border = "10px solid red"; // 再一次的 reflow 和 repaint
bstyle.color = "blue"; // repaint
bstyle.backgroundColor = "#fad"; // repaint
bstyle.fontSize = "2em"; // reflow, repaint
// new DOM element - reflow, repaint
document.body.appendChild(document.createTextNode('dude!'));当然，我们的浏览器是聪明的，它不会像上面那样，你每改一次样式，它就reflow或repaint一次。一般来说，浏览器会把这样的操作积攒一批，然后做一次reflow，这又叫异步reflow或增量异步reflow。但是有些情况浏览器是不会这么做的，比如：resize窗口，改变了页面默认的字体，等。对于这些操作，浏览器会马上进行reflow。
但是有些时候，我们的脚本会阻止浏览器这么干，比如：如果我们请求下面的一些DOM值：
offsetTop, offsetLeft, offsetWidth, offsetHeight
scrollTop/Left/Width/Height
clientTop/Left/Width/Height
IE中的 getComputedStyle(), 或 currentStyle
因为，如果我们的程序需要这些值，那么浏览器需要返回最新的值，而这样一样会flush出去一些样式的改变，从而造成频繁的reflow/repaint。
减少reflow/repaint
下面是一些Best Practices：1）不要一条一条地修改DOM的样式。与其这样，还不如预先定义好css的class，然后修改DOM的className。
// bad var left = 10, top = 10; el.style.left = left + "px"; el.style.top = top + "px"; // Good el.className += " theclassname"; // Good el.style.cssText += "; left: " + left + "px; top: " + top + "px;";
2）把DOM离线后修改。如：
使用documentFragment 对象在内存里操作DOM
先把DOM给display:none(有一次reflow)，然后你想怎么改就怎么改。比如修改100次，然后再把他显示出来。
clone一个DOM结点到内存里，然后想怎么改就怎么改，改完后，和在线的那个的交换一下。
3）不要把DOM结点的属性值放在一个循环里当成循环里的变量。不然这会导致大量地读写这个结点的属性。
4）尽可能的修改层级比较低的DOM。当然，改变层级比较底的DOM有可能会造成大面积的reflow，但是也可能影响范围很小。
5）为动画的HTML元件使用fixed或absoult的position，那么修改他们的CSS是不会reflow的。
6）千万不要使用table布局。因为可能很小的一个小改动会造成整个table的重新布局。
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