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浏览器渲染原理

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、绘画 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。

1. 解析 HTML - Parse HTML​

解析成 DOM 树 和 CSSOM 树：

<!DOCTYPE html>
<html>
  <head>
    <title>page title</title>
    <style></style>
  </head>
  <body>
    <h1>title</h1>
    <div>
      <p>paragraph</p>
    </div>
    <script>
      console.log('helloworld')
    </script>
  </body>
</html>

DOM

body h1{
  color: red;
  font-size: 3em;
}
div p {
  margin: 1em;
  color: blue;
}

CSSOM

浏览器中有三种样式表：

  1. 作者样式表（Author Style Sheets）由网页开发者编写，包括：

    1. 内联样式（Inline Styles） 直接通过元素的 style 属性定义，优先级最高，例如： <p style="color: red;">文本</p>。
    2. 内部样式表（Internal Style Sheets） 通过 <style> 标签在 HTML 文档头部定义，适用于单个页面的特殊样式。
    3. 外部样式表（External Style Sheets） 通过 <link> 标签引入独立的 .css 文件，可跨页面复用，便于维护。

  2. 用户样式表（User Style Sheets）由用户自定义，用于覆盖默认样式或增强可访问性。例如：

    • Chrome 用户可通过 User StyleSheets\Custom.css 文件定义全局样式。
    • 用户样式支持 !important 标记，可强制覆盖作者样式（级联规则例外）。

  3. 浏览器默认样式表（Browser Default Styles）浏览器内置的基础样式，用于未定义其他样式时的默认渲染。例如：

    • 超链接默认显示为蓝色带下划线（a { color: blue; text-decoration: underline; }）。

    • 标题（h1-h6）有特定字号和外边距，列表（li）默认以项目符号显示。

Tips：通过 CSSOM 全局添加样式

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。为了提高解析效率，浏览器在开始解析前，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 文件还没有下载解析好，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。

Parse CSS

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 树的生成必须暂停。这就是 JS 会阻塞 HTML 解析的根本原因。

Parse JS

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、行内样式均会包含在 CSSOM 树中。

第一步的目的就是为了生成 DOM 树和 CSSOM 树

2. 样式计算 - Recalculate Style​

Recalculate Style

样式计算过程包括 CSS 属性值的计算，包括层叠（比较重要性、比较特殊性、比较元次序）、继承。

计算后的样式（Computed Style）就是一个元素的最终样式，在 DevTools 体现为：

Computed Style in Chrome

渲染的下一步是样式计算。

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，称之为 Computed Style。

在这一过程中，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，会得到一棵带有样式的 DOM 树。

3. 布局 - Layout​

接下来是布局，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，计算每个节点的几何信息。例如节点的宽高、相对包含块的位置。

Layout

布局的过程还是会计算宽高，比如一些值为 auto 的元素需要等到布局这一步才能计算。

大部分时候，DOM 树和布局树并非一一对应。

比如 display:none 的节点没有几何信息，因此不会生成到布局树；又比如使用了伪元素选择器，虽然 DOM 树中不存在这些伪元素节点，但它们拥有几何信息，所以会生成到布局树中。还有匿名行盒、匿名块盒等等都会导致 DOM 树和布局树无法一一对应：

Display None

Before

Anonymous Inline Box and Block Box

内容必须在行盒中，行盒和块盒不能相邻。

布局树是 C++ 对象，无法直接访问，但是布局树会暴露部分信息，比如 document.body.clientWidth、document.body.clientHight、

4. 分层 - Layer​

下一步是分层。

主线程会使用一套复杂的策略对整个布局树中进行分层。

滚动条、堆叠上下文、transform、opacity 等样式都会或多或少的影响分层结果，也可以通过 will-change 属性更大程度的影响分层结果。

DevTools 查看 Layer：

Layer in DevTools

可以看到 wukaipeng.com 分了三个层，选择 🔄 按钮后，可以旋转页面，可以看到有三层叠加在一起。

5. 绘制 - Painting​

再下一步是绘制

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。

Command

绘制这一步会生成绘制指令，比如：

将笔移动到10,30位置
画一个200*300的矩形
用红色填充矩形

这里其实类似 Canvas

渲染主线程的工作到此为止，剩余步骤交给其他线程完成：，

Next Process

6. 分块 - Tiling​

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。

Tiling

分块的工作是交给多个线程同时进行的。

Tiling with Multiple Threads

7. 光栅化 - Raster​

光栅化是将每个块变成位图，优先处理靠近视口的块：

Raster

此过程会用到 GPU 加速：

GPU

分块完成后，进入光栅化阶段。

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，并且优先处理靠近现口区域的块。

光栅化的结果，就是一块一块的位图。

8. 画 - Draw​

最后一个阶段就是画了

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 效率高的本质原因。

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。

Draw

完整过程​

Whole Process

什么是 Reflow？​

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。

浏览器在反复权衡下，最终决定获取属性立即 reflow。

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。

Repaint

为什么 transform 效率高？​

Transform

Transform with Animation

Reference​