从输入 URL 到页面展示，中间发生了什么？

向右看齐 2024-04-17 06:29 0阅读 0赞

整体流程如上图所示，大概可描述为：

1.  用户从浏览器里输入请求信息
2.  网络进程发起 URL 请求
3.  服务器响应 URL 请求之后，浏览器进程开始准备渲染进程
4.  渲染进程准备完毕后，向渲染进程提交页面数据（提交文档阶段）
5.  渲染进程接受完文档信息后，开始解析页面和加载子资源，完成页面渲染

## 从输入 URL 到页面展示详细过程 ##

### 用户输入 ###

用户在地址栏输入关键字后，地址栏会根据关键字来判断是`搜索内容`还是`请求 URL`。

*  若判断为搜索内容，地址栏使用默认搜索引擎，合成新的带搜索关键字的 URL（q 后为搜索关键字） `https://www.google.com/search?q=google&xxxxxx`
 *  若判断内容符合 URL 规则，则地址栏会根据输入内容，合称为完整的 URL `www.baidu.com => https://www.baidu.com/`

输入关键字后回车，标签上的图标变成 loading 状态，此时页面没有立即替换为目标页面；需要等待提交文档阶段结束，页面内容才会被替换。（见下图）

### URL 请求过程 ###

页面请求资源过程，浏览器进程通过 IPC(进程间通信) 把 URL 请求发送至网络进程，网络进程收到后发起真正的 URL 请求。具体过程如下：

1.  查找本地有无缓存资源。有，返回给浏览器进程。
2.  没有，直接发起网络请求。
3.  DNS 解析来获取请求域名的服务器 IP 地址。
4.  若请求协议时 HTTPS，还需要建立 TLS(安全传输层协议) 连接。
5.  用 IP 地址和服务器建立 TCP 连接。（同一域名同时最多只能建立 6 个连接，超过的排队等待）（通过传输层、网络层等加上相应的头）
6.  建立连接后，构建请求头、行等信息，将相关 cookie 等数据附加到请求头中，然后发送给服务器
7.  服务器接受到请求信息后，根据请求信息生成响应数据，发给网络进程。（响应数据又顺着应用层——传输层——网络层——网络层——传输层——应用层的顺序返回到网络进程）
8.  网络进程接收了响应行、头后便开始解析响应内容。
9.  若返回的状态时是 301 或 302，则浏览器需要重定向到其他 URL，一切从头开始。
10. 浏览器根据响应头中的`Content-Type`字段判断响应体的数据类型；若是`application/octet-stream`字节流类型，浏览器会按下载类型来处理，该请求会被提交给浏览器的下载管理器，流程结束。若是 HTML，则进入下个流程：准备渲染进程

### 准备渲染进程 & 提交文档 ###

不同主域名的页面使用不同的渲染进程，主域名相同的使用同一个渲染进程；

1.  渲染进程准备完毕后，`浏览器进程`发出`提交文档`的消息。
2.  渲染进程收到后，会和网络进程建立传输数据的管道。
3.  传输完毕后，渲染进程会返回“确认提交”的消息给浏览器进程。
4.  浏览器进程收到确认的消息后，会更新浏览器界面状态（安全状态、URL、前进后退的历史状态）并更新 web 页面。（此时 web 页面是空白页面）
5.  导航流程结束，进入渲染阶段。

### 渲染阶段 ###

按照渲染的时间顺序，流水线可分为： 构建 DOM 树 -> 样式计算 -> 布局 -> 分层 -> 绘制 -> 分块 -> 光栅化 -> 合成等阶段。

每个阶段的流程如下：接收输入的内容 -> 处理 -> 输出内容

#### 构建 DOM 树 ####

接收 html 文件 -> html 解析器解析 -> 输出树状解构的 DOM

#### 样式计算 ####

大体流程：接受 css 文本 -> 计算出 dom 节点的具体样式 -> 输出计算完成后的 DOM 样式

具体步骤如下：

*  接收 css 文本，将其转为浏览器可理解的结构：stylesheets css 三种来源：内联、外部引入、style
 *  转换 stylesheets 中属性值，使其标准化

body { font-size: 2em } 
    p {color:blue;} 
    div { font-weight: bold}
    
    // 标准化后
    body { font-size: 32px } 
    p {color: rgb(0,0,255);} 
    div { font-weight: 700}
    复制代码

*  计算出 DOM 树中每个节点的具体样式 计算遵守 css 继承、层叠两个规则，如下图：

所有子节点都继承父节点的样式。计算完后输出每个 DOM 节点的样式（保存在 ComputedStyle 解构内，可在 elements -> computed 标签下查看）

#### 布局 ####

经过上面过程，有了 DOM 树和树中元素的样式，但每个元素的位置还不确定，不足以显示页面。

Chrome 在布局阶段的任务：创建布局树与布局计算。

*  创建布局树 遍历 DOM 中的可见节点，将其添加到布局树中。不可见的节点会被忽略，比如：head 标签下的内容，display 为 none
 *  布局计算

计算布局树节点的坐标位置，计算完执行布局时会把运算的结果会重新写入布局树中，所以布局树既是输入内容也是输出内容；此处设计不合理，chrome 正在重构，下一代布局系统 LayoutNG 试图分离输入与输出。

#### 分层 ####

布局完之后不会立即绘制，渲染引擎会为特定的节点生成专用的图层，并生成一棵对应的`图层树（LayerTree）`。在开发者工具下的 Layers 标签可以看见页面的分层情况。

最终的显示的页面就是由这些图层叠加在一起。

*  布局树和图层树的关系
    
    由上图可得，不是每个节点都有图层，若没有，就属于它父节点的图层。
 *  什么情况下，渲染引擎会为特定节点创建新图层？

1.  拥有层叠上下文的属性会被提升为单独的一层。 [层叠上下文][Link 1]  
    层叠上下文让 HTML 具有三维概念，按照自身属性优先级垂直分布在 z 轴上。
2.  需要剪裁（clip）的地方也会被创建为图层。 文字内容比较多，超出显示区域，这时就产生裁剪。渲染引擎会为文字部分单独创建一个层，若出现滚动条，滚动条也会被提升为单独的层。

#### 图层绘制 ####

画图例子： 给你一张纸，画一个背景蓝色，中间为红色的圆，再在圆上画一个绿色三角形，如何画？

1.  绘制蓝色背景
2.  在中间绘制红色圆
3.  在圆上绘制绿色三角形

图层绘制与之类似，将一个图层拆分成很多小的`绘图指令`,把指令按顺序组成列表去绘制。（每个元素背景、前景、边框都需要单独的绘图指令） 开发者工具 Layers 标签，选中 document 层，可重现绘制过程，如下。

#### 栅格化（raster）操作 ####

绘制列表只用来记录绘制顺序与指令，真正的绘制操作由渲染引擎中的合成线程来完成。如上图，绘制列表准备好后，主线程会把它提交给合成线程。

有的图层很大，页面要使用滚动条滚好久才能到底部；通过视口，用户只能看到一小部分，这种情况下如果绘制所有图层内容，会产生很大开销且没必要。

合成线程如何处理？  
合成线程会将图层划分成图块(tile)，大小通常为（256*256，512*512）。

合成线程会按照视口附近的图块来优先生成位图，实际生成位图的操作由 `栅格化（将图块转为位图）`执行。图块是栅格化执行的最小单位。渲染进程维护了一个栅格化的线程池，所有图块栅格化都在线程池内执行。

栅格化过程会使用 GPU 来加速生成，生成的位图被保留在 GPU 内存中。（GPU 操作在 GPU 进程中，栅格化在渲染进程中，这个过程涉及跨进程操作。）

#### 合成与显示 ####

当所有图块都被栅格化，合成进程会生成一个绘制图块的命令`DrawQuad`，然后将该命令提交给浏览器进程。

浏览器进程里有个 viz 组件，接收到 DrawQuad 命令后，根据其内容，将页面绘制到内存，最后再将内存显示到屏幕上。

### 完整渲染流程总结 ###

1.  渲染进程将 HTML 内容转换为能够读懂的DOM 树结构。
2.  渲染引擎将 CSS 样式表转化为浏览器可以理解的styleSheets，计算出 DOM 节点的样式。
3.  创建布局树，并计算元素的布局信息。
4.  对布局树进行分层，并生成分层树。
5.  为每个图层生成绘制列表，提交给合成线程。
6.  合成线程将图层分成图块，并在栅格化线程池中将图块转化为位图。
7.  合成线程发送绘制图块命令 DrawQuad 给浏览器进程。
8.  浏览器进程根据 DrawQuad 消息生成页面，并显示到显示器上。

## 重排、重绘、合成 ##

*  重排  
    更新元素几何属性，开销最大
 *  重绘  
    更新元素颜色
 *  合成  
    直接合成，避开重排重绘。

## Some question ##

*  同一站点共用一个渲染进程，那假设有2个标签页是同一站点，我在A标签页面写个死循环，导致页面卡死，B页面是否也是卡死了呢？
    
    多个页面公用一个渲染进程，也就意味着多个页面公用同一个主线程，所有页面的任务都是在同一个主线程上执行，这些任务包括渲染流程，JavaScript执行，用户交互的事件的响应等等，但是如果一个标签页里面执行一个死循环，那么意味着该JavaScript代码会一直霸占主线程，这样就导致了其它的页面无法使用该主线程，从而让所有页面都失去响应！
 *  若下载 CSS 文件阻塞了，会阻塞 DOM 树的合成吗？会阻塞页面的显示吗？  
    不会阻塞 DOM 树合成，html 转为 DOM 树的过程中，发现文件请求会交给网络进程去请求文件，渲染进程继续解析 html。 会阻塞页面显示，计算样式时需要 css 文件资源，若资源阻塞，会等待至网络超时，network 报出响应错误，渲染进程继续层叠样式计算。
 *  JS 和 CSS 都可能阻塞 DOM 解析

1.  当从服务器接收HTML页面的第一批数据时，DOM解析器就开始工作了，在解析过程中，如果遇到了JS脚本，如下所示：
    
        <html>
            <body>
                掘金
                <script> document.write("--foo") </script>
            </body>
        </html>
        复制代码
    
    那么DOM解析器会先执行JavaScript脚本，执行完成之后，再继续往下解析。
2.  那么第二种情况复杂点了，我们内联的脚本替换成js外部文件，如下所示：
    
        <html>
            <body>
                掘金
                <script type="text/javascript" src="foo.js"></script>
            </body>
        </html>
        复制代码
    
    这种情况下，当解析到JavaScript的时候，会先暂停DOM解析，并下载foo.js文件，下载完成之后执行该段JS文件，然后再继续往下解析DOM。这就是JavaScript文件为什么会阻塞DOM渲染。
3.  我们再看第三种情况，还是看下面代码：
    
        <html>
            <head>
                <style type="text/css" src = "theme.css" /> </head> <body> <p>掘金</p> <script> let e = document.getElementsByTagName('p')[0] e.style.color = 'blue' </script> </body> </html> 复制代码
    
    当我在JavaScript中访问了某个元素的样式，那么这时候就需要等待这个样式被下载完成才能继续往下执行，所以在这种情况下，CSS也会阻塞DOM的解析。

*  渲染进程的帧是什么？  
    可以拿放电影电影来解释，通常，电影的帧速是24，也就是说每秒切换24幅画面，其中的每幅画面就是一帧。
    
    理解什么是帧后，我们在回过头看看我们的页面。由于目前大多数设备的屏幕刷新率为 60 次/秒。因此，如果页面中有一个动画、或一个渐变效果、或者用户正在滚动页面，那么浏览器渲染动画的频率至少要和刷新频率保持一致，也就是每秒需要更新60次，这样我们就能计算出来生成每帧的预算只有（1/60）毫秒，也就是16毫秒多一点(1 秒/ 60 = 16.66 毫秒)。如果超过16毫秒，帧率将下降，并且会出现画面抖动现象，此现象通常被称为卡顿，会对用户体验产生负面影响。
    
    所以，如果想要保证画面的流畅，就需要尽量降低每帧的渲染时间，所以局部更新流水线显得非常重要了，能大大减少处理每帧所消耗的时间。

## 参考资料 ##

[浏览器工作原理与实践][Link 2]

转载于:https://juejin.im/post/5d62359e6fb9a06b0a27807d

[Link 1]: https://link.juejin.im?target=https%3A%2F%2Fdeveloper.mozilla.org%2Fzh-CN%2Fdocs%2FWeb%2FGuide%2FCSS%2FUnderstanding_z_index%2FThe_stacking_context
[Link 2]: https://link.juejin.im?target=https%3A%2F%2Fuser-gold-cdn.xitu.io%2F2019%2F8%2F20%2F16cacccb36a1e22e