浏览器渲染原理

概述：浏览器渲染一共有五步

• 处理 HTML 并构建 DOM 树。
• 处理 CSS 构建 CSSOM 树。
• 将 DOM 与 CSSOM 合并成一个渲染树。
• 根据渲染树来布局，计算每个节点的位置。
• 调用 GPU 绘制，合成图层，显示在屏幕上

具体如下图过程如下图所示

• 在构建 CSSOM 树时，会阻塞渲染，直至 CSSOM 树构建完成。并且构建 CSSOM 树是一个十分消耗性能的过程，所以应该尽量保证层级扁平，减少过度层叠，越是具体的 CSS 选择器，执行速度越慢
• 当 HTML 解析到 script 标签时，会暂停构建 DOM ，完成后才会从暂停的地方重新开始。也就是说，如果你想首屏渲染的越快，就越不应该在首屏就加载 JS 文件。并且 CSS 也会影响 JS 的执行，只有当解析完样式表才会执行 JS ，所以也可以认为这种情况下， CSS 也会暂停构建 DOM

二、浏览器渲染五个阶段

2.1 第一步：解析HTML标签，构建DOM树

在这个阶段，引擎开始解析 html ，解析出来的结果会成为一棵 dom 树

dom 的目的至少有 2 个

getElementById

当解析器到达script标签的时候，发生下面四件事情

1. html 解析器停止解析,
2. 如果是外部脚本，就从外部网络获取脚本代码
3. 将控制权交给 js 引擎，执行 js 代码
4. 恢复 html 解析器的控制权

由此可以得到第一个结论1

• 由于 <script> 标签是阻塞解析的，将脚本放在网页尾部会加速代码渲染。
• defer 和 async 属性也能有助于加载外部脚本。
• defer 使得脚本会在 dom 完整构建之后执行；
• async 标签使得脚本只有在完全 available 才执行，并且是以非阻塞的方式进行的

2.2 第二步：解析CSS标签，构建CSSOM树

• 我们已经看到 html 解析器碰到脚本后会做的事情，接下来我们看下 html 解析器碰到样式表会发生的情况
• js 会阻塞解析，因为它会修改文档( document )。 css 不会修改文档的结构，如果这样的话，似乎看起来 css 样式不会阻塞浏览器 html 解析。但是事实上 css 样式表是阻塞的。阻塞是指当 cssom 树建立好之后才会进行下一步的解析渲染

通过以下手段可以减轻cssom带来的影响

• 将 script 脚本放在页面底部
• 尽可能快的加载 css 样式表
• 将样式表按照 media type 和 media query 区分，这样有助于我们将 css 资源标记成非阻塞渲染的资源。
• 非阻塞的资源还是会被浏览器下载，只是优先级较低

2.3 第三步：把DOM和CSSOM组合成渲染树（render tree）

2.4 第四步：在渲染树的基础上进行布局，计算每个节点的几何结构

布局( layout )：定位坐标和大小，是否换行，各种 position , overflow , z-index 属性

2.5 调用 GPU 绘制，合成图层，显示在屏幕上

将渲染树的各个节点绘制到屏幕上，这一步被称为绘制 painting

三、渲染优化相关

3.1 Load 和 DOMContentLoaded 区别

• Load 事件触发代表页面中的 DOM ， CSS ， JS ，图片已经全部加载完毕。
• DOMContentLoaded 事件触发代表初始的 HTML 被完全加载和解析，不需要等待 CSS ， JS ，图片加载

3.2 图层

一般来说，可以把普通文档流看成一个图层。特定的属性可以生成一个新的图层。不同的图层渲染互不影响，所以对于某些频繁需要渲染的建议单独生成一个新图层，提高性能。但也不能生成过多的图层，会引起反作用。

通过以下几个常用属性可以生成新图层

• 3D 变换： translate3d 、 translateZ
• will-change
• video 、 iframe 标签
• 通过动画实现的 opacity 动画转换
• position: fixed

3.3 重绘（Repaint）和回流（Reflow）

重绘和回流是渲染步骤中的一小节，但是这两个步骤对于性能影响很大

color

回流必定会发生重绘，重绘不一定会引发回流。回流所需的成本比重绘高的多，改变深层次的节点很可能导致父节点的一系列回流

以下几个动作可能会导致性能问题

window

很多人不知道的是，重绘和回流其实和 Event loop 有关

• 当 Event loop 执行完 Microtasks 后，会判断 document 是否需要更新。因为浏览器是 60Hz 的刷新率，每 16ms 才会更新一次。
• 然后判断是否有 resize 或者 scroll ，有的话会去触发事件，所以 resize 和 scroll 事件也是至少 16ms 才会触发一次，并且自带节流功能。
• 判断是否触发了 media query
• 更新动画并且发送事件
• 判断是否有全屏操作事件
• 执行 requestAnimationFrame 回调
• 执行 IntersectionObserver 回调，该方法用于判断元素是否可见，可以用于懒加载上，但是兼容性不好
• 更新界面
• 以上就是一帧中可能会做的事情。如果在一帧中有空闲时间，就会去执行 requestIdleCallback 回调

3.4 减少重绘和回流

使用 translate 替代 top

<div class="test"></div>
<style>
    .test {
        position: absolute;
        top: 10px;
        width: 100px;
        height: 100px;
        background: red;
    }
</style>
<script>
    setTimeout(() => {
        // 引起回流
        document.querySelector('.test').style.top = '100px'
    }, 1000)
</script>

• 使用 visibility 替换 display: none ，因为前者只会引起重绘，后者会引发回流（改变了布局）
• 把 DOM 离线后修改，比如：先把 DOM 给 display:none (有一次 Reflow) ，然后你修改 100 次，然后再把它显示出来
• 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

for(let i = 0; i < 1000; i++) {
    // 获取 offsetTop 会导致回流，因为需要去获取正确的值
    console.log(document.querySelector('.test').style.offsetTop)
}

• 不要使用 table 布局，可能很小的一个小改动会造成整个 table 的重新布局
• 动画实现的速度的选择，动画速度越快，回流次数越多，也可以选择使用 requestAnimationFrame
• CSS 选择符从右往左匹配查找，避免 DOM 深度过深
• 将频繁运行的动画变为图层，图层能够阻止该节点回流影响别的元素。比如对于 video 标签，浏览器会自动将该节点变为图层。

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