浏览器渲染页面和加载页面机制
2014-07-08 16:16
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为什么有些网站打开的时候会加载会很慢，而且是整个页面同时显示的，而有些网站是从顶到下逐步显示出来的？要搞懂这个可以先从下面这个常规流程开始：
1. 浏览器下载的顺序是从上到下，渲染的顺序也是从上到下，下载和渲染是同时进行的。
2. 在渲染到页面的某一部分时，其上面的所有部分都已经下载完成（并不是说所有相关联的元素都已经下载完）。
3. 如果遇到语义解释性的标签嵌入文件（JS脚本，CSS样式），那么此时IE的下载过程会启用单独连接进行下载。
4. 并且在下载后进行解析，解析过程中，停止页面所有往下元素的下载。
5. 样式表在下载完成后，将和以前下载的所有样式表一起进行解析，解析完成后，将对此前所有元素（含以前已经渲染的）重新进行渲染。
6. JS、CSS中如有重定义，后定义函数将覆盖前定义函数。
这里关键的是第2-5这三点。渲染效率与下面三点有关：
1. CSS 选择器的查询定位效率
2. 浏览器的渲染模式和算法
3. 要进行渲染内容的大小
浏览器的主要组件包括：
1. 用户界面 － 包括地址栏、后退/前进按钮、书签目录等，也就是你所看到的除了用来显示你所请求页面的主窗口之外的其他部分。
2. 浏览器引擎 － 用来查询及操作渲染引擎的接口。
3. 渲染引擎 － 用来显示请求的内容，例如，如果请求内容为html，它负责解析html及css，并将解析后的结果显示出来。
4. 网络 － 用来完成网络调用，例如http请求，它具有平台无关的接口，可以在不同平台上工作。
5. UI后端 － 用来绘制类似组合选择框及对话框等基本组件，具有不特定于某个平台的通用接口，底层使用操作系统的用户接口。
6. JS解释器 － 用来解释执行JS代码。
7. 数据存储 － 属于持久层，浏览器需要在硬盘中保存类似cookie的各种数据，HTML5定义了web database技术（localstorage），这是一种轻量级完整的客户端存储技术
重点关注一下 浏览器渲染引擎（the rendering engine）
默认情况下，渲染引擎可以显示html、xml文档及图片，它也可以借助插件（一种浏览器扩展）显示其他类型数据，例如使用PDF阅读器插件，可以显示PDF格式，将由专门一章讲解插件及扩展，这里只讨论渲染引擎最主要的用途——显示应用了CSS之后的html及图片.
本文所讨论的浏览器——Firefox、Chrome和Safari是基于两种渲染引擎构建的，Firefox使用Geoko——Mozilla自主研发的渲染引擎，Safari和Chrome都使用webkit。
Webkit是一款开源渲染引擎，它本来是为Linux平台研发的，后来由Apple移植到Mac及Windows上，相关内容请参考http://webkit.org。
渲染主流程
渲染引擎首先通过网络获得所请求文档的内容，通常以8K分块的方式完成。
下面是渲染引擎在取得内容之后的基本流程：
解析html以构建dom树 -> 构建render树 -> 布局render树 -> 绘制render树
渲染引擎开始解析html，并将标签转化为内容树中的dom节点。接着，它解析外部CSS文件及style标签中的样式信息。这些样式信息以及html中的可见性指令将被用来构建另一棵树——render树。
Render树由一些包含有颜色和大小等属性的矩形组成，它们将被按照正确的顺序显示到屏幕上。
Render树构建好了之后，将会执行布局过程，它将确定每个节点在屏幕上的确切坐标。再下一步就是绘制，即遍历render树，并使用UI后端层绘制每个节点。
值得注意的是，这个过程是逐步完成的，为了更好的用户体验，渲染引擎将会尽可能早的将内容呈现到屏幕上，并不会等到所有的html都解析完成之后再去构建和布局render树。它是解析完一部分内容就显示一部分内容，同时，可能还在通过网络下载其余内容。
显然，这个看起来很小的差异却带来了很大的不同。一方面，这是html流行的原因——它的宽容使web开发人员的工作更加轻松，但另一方面，这也使很难去写一个格式化的文法。所以，html的解析并不简单，它既不能用传统的解析器解析，也不能用xml解析器解析。
Html适用DTD格式进行定义，这一格式是用于定义SGML家族的语言，包括了对所有允许元素及它们的属性和层次关系的定义。正如前面提到的，html DTD并没有生成一种上下文无关文法。
DTD有一些变种，标准模式只遵守规范，而其他模式则包含了对浏览器过去所使用标签的支持，这么做是为了兼容以前内容。最新的标准DTD在http://www.w3.org/TR/html4/strict.dtd
树的根是“document”对象。
DOM和标签基本是一一对应的关系，例如，如下的标签：
将会被转换为下面的DOM树：
Firefox将渲染树中的元素称为frames，WebKit则用renderer或渲染对象来描述这些元素。
一个渲染对象知道怎么布局及绘制自己及它的children。
RenderObject是Webkit的渲染对象基类，它的定义如下：
每个渲染对象用一个和该节点的css盒模型相对应的矩形区域来表示，正如css2所描述的那样，它包含诸如宽、高和位置之类的几何信息。盒模型的类型受该节点相关的display样式属性的影响
还有一些Dom元素对应几个可见对象，它们一般是一些具有复杂结构的元素，无法用一个矩形来描述。例如，select元素有三个渲染对象——一个显示区域、一个下拉列表及一个按钮。同样，当文本因为宽度不够而折行时，新行将作为额外的渲染元素被添加。另一个多个渲染对象的例子是不规范的html，根据css规范，一个行内元素只能仅包含行内元素或仅包含块状元素，在存在混合内容时，将会创建匿名的块状渲染对象包裹住行内元素。
一些渲染对象和所对应的Dom节点不在树上相同的位置，例如，浮动和绝对定位的元素在文本流之外，在两棵树上的位置不同，渲染树上标识出真实的结构，并用一个占位结构标识出它们原来的位置。
网络操作由几个并行线程执行，并行连接的个数是受限的（通常是2－6个）。
1. 浏览器下载的顺序是从上到下，渲染的顺序也是从上到下，下载和渲染是同时进行的。
2. 在渲染到页面的某一部分时，其上面的所有部分都已经下载完成（并不是说所有相关联的元素都已经下载完）。
3. 如果遇到语义解释性的标签嵌入文件（JS脚本，CSS样式），那么此时IE的下载过程会启用单独连接进行下载。
4. 并且在下载后进行解析，解析过程中，停止页面所有往下元素的下载。
5. 样式表在下载完成后，将和以前下载的所有样式表一起进行解析，解析完成后，将对此前所有元素（含以前已经渲染的）重新进行渲染。
6. JS、CSS中如有重定义，后定义函数将覆盖前定义函数。
这里关键的是第2-5这三点。渲染效率与下面三点有关：
1. CSS 选择器的查询定位效率
2. 浏览器的渲染模式和算法
3. 要进行渲染内容的大小
浏览器的主要组件包括：
1. 用户界面 － 包括地址栏、后退/前进按钮、书签目录等，也就是你所看到的除了用来显示你所请求页面的主窗口之外的其他部分。
2. 浏览器引擎 － 用来查询及操作渲染引擎的接口。
3. 渲染引擎 － 用来显示请求的内容，例如，如果请求内容为html，它负责解析html及css，并将解析后的结果显示出来。
4. 网络 － 用来完成网络调用，例如http请求，它具有平台无关的接口，可以在不同平台上工作。
5. UI后端 － 用来绘制类似组合选择框及对话框等基本组件，具有不特定于某个平台的通用接口，底层使用操作系统的用户接口。
6. JS解释器 － 用来解释执行JS代码。
7. 数据存储 － 属于持久层，浏览器需要在硬盘中保存类似cookie的各种数据，HTML5定义了web database技术（localstorage），这是一种轻量级完整的客户端存储技术
重点关注一下 浏览器渲染引擎（the rendering engine）
默认情况下，渲染引擎可以显示html、xml文档及图片，它也可以借助插件（一种浏览器扩展）显示其他类型数据，例如使用PDF阅读器插件，可以显示PDF格式，将由专门一章讲解插件及扩展，这里只讨论渲染引擎最主要的用途——显示应用了CSS之后的html及图片.
本文所讨论的浏览器——Firefox、Chrome和Safari是基于两种渲染引擎构建的，Firefox使用Geoko——Mozilla自主研发的渲染引擎，Safari和Chrome都使用webkit。
Webkit是一款开源渲染引擎，它本来是为Linux平台研发的，后来由Apple移植到Mac及Windows上，相关内容请参考http://webkit.org。
渲染主流程
渲染引擎首先通过网络获得所请求文档的内容，通常以8K分块的方式完成。
下面是渲染引擎在取得内容之后的基本流程：
解析html以构建dom树 -> 构建render树 -> 布局render树 -> 绘制render树
渲染引擎开始解析html，并将标签转化为内容树中的dom节点。接着，它解析外部CSS文件及style标签中的样式信息。这些样式信息以及html中的可见性指令将被用来构建另一棵树——render树。
Render树由一些包含有颜色和大小等属性的矩形组成，它们将被按照正确的顺序显示到屏幕上。
Render树构建好了之后，将会执行布局过程，它将确定每个节点在屏幕上的确切坐标。再下一步就是绘制，即遍历render树，并使用UI后端层绘制每个节点。
值得注意的是，这个过程是逐步完成的，为了更好的用户体验，渲染引擎将会尽可能早的将内容呈现到屏幕上，并不会等到所有的html都解析完成之后再去构建和布局render树。它是解析完一部分内容就显示一部分内容，同时，可能还在通过网络下载其余内容。
HTML DTD
Html有一个正式的格式定义——DTD（Document Type Definition文档类型定义）——但它并不是上下文无关文法，html更接近于xml，现在有很多可用的xml解析器，html有个xml的变体——xhtml，它们间的不同在于，html更宽容，它允许忽略一些特定标签，有时可以省略开始或结束标签。总的来说，它是一种soft语法，不像xml呆板、固执。显然，这个看起来很小的差异却带来了很大的不同。一方面，这是html流行的原因——它的宽容使web开发人员的工作更加轻松，但另一方面，这也使很难去写一个格式化的文法。所以，html的解析并不简单，它既不能用传统的解析器解析，也不能用xml解析器解析。
Html适用DTD格式进行定义，这一格式是用于定义SGML家族的语言，包括了对所有允许元素及它们的属性和层次关系的定义。正如前面提到的，html DTD并没有生成一种上下文无关文法。
DTD有一些变种，标准模式只遵守规范，而其他模式则包含了对浏览器过去所使用标签的支持，这么做是为了兼容以前内容。最新的标准DTD在http://www.w3.org/TR/html4/strict.dtd
DOM
输出的树，也就是解析树，是由DOM元素及属性节点组成的。DOM是文档对象模型的缩写，它是html文档的对象表示，作为html元素的外部接口供js等调用。树的根是“document”对象。
DOM和标签基本是一一对应的关系，例如，如下的标签：
<html> <body> <p> Hello DOM </p> <div><img src=”example.png” /></div> </body> </html>
将会被转换为下面的DOM树：
Webkit CSS解析器（Webkit CSS parser）
Webkit使用Flex和Bison解析生成器从CSS语法文件中自动生成解析器。回忆一下解析器的介绍，Bison创建一个自底向上的解析器，Firefox使用自顶向下解析器。它们都是将每个css文件解析为样式表对象，每个对象包含css规则，css规则对象包含选择器和声明对象，以及其他一些符合css语法的对象。处理脚本及样式表的顺序（The order of processing scripts and style sheets）
脚本
web的模式是同步的，开发者希望解析到一个script标签时立即解析执行脚本，并阻塞文档的解析直到脚本执行完。如果脚本是外引的，则网络必须先请求到这个资源——这个过程也是同步的，会阻塞文档的解析直到资源被请求到。这个模式保持了很多年，并且在html4及html5中都特别指定了。开发者可以将脚本标识为defer，以使其不阻塞文档解析，并在文档解析结束后执行。Html5增加了标记脚本为异步的选项，以使脚本的解析执行使用另一个线程。预解析（Speculative parsing）
Webkit和Firefox都做了这个优化，当执行脚本时，另一个线程解析剩下的文档，并加载后面需要通过网络加载的资源。这种方式可以使资源并行加载从而使整体速度更快。需要注意的是，预解析并不改变Dom树，它将这个工作留给主解析过程，自己只解析外部资源的引用，比如外部脚本、样式表及图片。样式表（Style sheets）
样式表采用另一种不同的模式。理论上，既然样式表不改变Dom树，也就没有必要停下文档的解析等待它们，然而，存在一个问题，脚本可能在文档的解析过程中请求样式信息，如果样式还没有加载和解析，脚本将得到错误的值，显然这将会导致很多问题，这看起来是个边缘情况，但确实很常见。Firefox在存在样式表还在加载和解析时阻塞所有的脚本，而Chrome只在当脚本试图访问某些可能被未加载的样式表所影响的特定的样式属性时才阻塞这些脚本。四、渲染树构建（Render tree construction）
当Dom树构建完成时，浏览器开始构建另一棵树——渲染树。渲染树由元素显示序列中的可见元素组成，它是文档的可视化表示，构建这棵树是为了以正确的顺序绘制文档内容。Firefox将渲染树中的元素称为frames，WebKit则用renderer或渲染对象来描述这些元素。
一个渲染对象知道怎么布局及绘制自己及它的children。
RenderObject是Webkit的渲染对象基类，它的定义如下：
class RenderObject{
virtual void layout();
virtual void paint(PaintInfo);
virtual void rect repaintRect();
Node* node;//the DOM node
RenderStyle* style;// the computed style
RenderLayer* containgLayer; //the containing z-index layer
}每个渲染对象用一个和该节点的css盒模型相对应的矩形区域来表示，正如css2所描述的那样，它包含诸如宽、高和位置之类的几何信息。盒模型的类型受该节点相关的display样式属性的影响
渲染树和Dom树的关系（The render tree relation to the DOM tree）
渲染对象和Dom元素相对应，但这种对应关系不是一对一的，不可见的Dom元素不会被插入渲染树，例如head元素。另外，display属性为none的元素也不会在渲染树中出现（visibility属性为hidden的元素将出现在渲染树中）。还有一些Dom元素对应几个可见对象，它们一般是一些具有复杂结构的元素，无法用一个矩形来描述。例如，select元素有三个渲染对象——一个显示区域、一个下拉列表及一个按钮。同样，当文本因为宽度不够而折行时，新行将作为额外的渲染元素被添加。另一个多个渲染对象的例子是不规范的html，根据css规范，一个行内元素只能仅包含行内元素或仅包含块状元素，在存在混合内容时，将会创建匿名的块状渲染对象包裹住行内元素。
一些渲染对象和所对应的Dom节点不在树上相同的位置，例如，浮动和绝对定位的元素在文本流之外，在两棵树上的位置不同，渲染树上标识出真实的结构，并用一个占位结构标识出它们原来的位置。
渲染引擎的线程
渲染引擎是单线程的，除了网络操作以外，几乎所有的事情都在单一的线程中处理，在Firefox和Safari中，这是浏览器的主线程，Chrome中这是tab的主线程。网络操作由几个并行线程执行，并行连接的个数是受限的（通常是2－6个）。
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