浏览器渲染原理

前言
当我们输入一个url之后，页面会在很短时间内呈现给我们。这个过程其实相当复杂，浏览器在背后给我做了很多的事。除去一些诸如DNS解析的等边角料工作，整体可以大致分为网络和渲染。

渲染
浏览器的网络线程接收到HTML文档后，会生成一个渲染任务，并将其添加到渲染主线程的消息队列。在事件循环机制的作用下，渲染主线程会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：解析HTML、计算样式、布局、分层、绘制、分块、光栅化、画。每个阶段都有明确的输入输出，上一阶段的输出会成为下一阶段的输入，这样整个渲染过程就形成了一条组织严密的生产流水线。

解析HTML-Parse HTML
第一步就是解析 HTML，生成 DOM 树。
在主线程上解析HTML字符串，得到DOM树（html元素、文本、注释等节点的信息）和CSSOM树。

CSSOM树会包含浏览器默认样式、内部样式、外部样式、内联样式：

在HTML解析过程，如果遇到了CSS代码，为了提高效率，浏览器会启动一个预解析器率先下载外部CSS文件和解析CSS。

在解析过程中，遇到CSS就解析CSS，遇到JS就执行JS。为了提高解析效率，浏览器会在解析之前，启动一个预解析线程，率先下载外部的CSS文件和JS文件。
如果主线程解析到link的位置，此时link的CSS资源文件还没下载解析好，主线程不会等待，继续解析后面的HTML。这是因为下载和解析CSS是在预解析线程中进行的，这就是CSS不会阻塞HTML解析的原因。

当主线程解析到script的位置时，会停止解析，转而等待下载和执行完JS才能继续解析。因为JS代码可能会更改DOM树，这就是JS阻塞HTML解析的根本原因。
因此，如果我们想加快首屏的渲染，建议将 script 标签放在 body 标签底部。
当然现代浏览器都提供了非阻塞的下载方式，async和defer。

计算样式-Recalculate Style
得到每个节点计算后的最终样式，如下图，我们可以看到任何元素都会有全量的CSS属性：

属性值的计算过程，分为如下4个步骤：
•  确定声明值
•  层叠冲突 （重要性、特殊性、源次性）
•  使用继承
•  使用默认值
渲染主线程会遍历整棵DOM树，依次计算出DOM树的每个节点的最终样式，称为 Computed Style。在这个过程，很多预设值会变成绝对值，相对单位会变成绝对单位。这一步完成之后，将会得到一棵带有样式的DOM树。

布局-Layout
根据每个节点的样式信息算出节点的几何信息（尺寸和位置），得到布局（Layout）树。

对于一个元素来说，它的尺寸和位置经常与它的包含块(containing block)有关，即我们经常说的它是相对于哪个元素，例如 width: 100% 。
如何确定包含块？
确定一个元素的包含块的过程完全依赖于这个元素的position属性:
• static、relative、sticky：包含块可能由它的最近的祖先块元素（如 inline-block、block ）
• absolute：由它的最近的 position 的值不是 static 的祖先元素
• fixed：在连续媒体的情况下包含块是viewport
• absolute或fixed：包含块也可能是由满足以下条件的最近父级元素
        ○ transform或 perspective 的值不是 none。
        ○ will-change的值是 transform 或 perspective。
        ○ filter的值不是 none 
      ○ contain的值是 paint
      ○ backdrop-filter的值不是 none

DOM树和Layout树不一定是一一对应的，如隐藏（dispay: none）的元素就不会出现在Layout树中；
又如伪元素在DOM树中并不存在，但是会出现在Layout树中，因为它拥有几何信息。

文本内容必须在行盒中，行盒和块盒不能相邻。
如果在块盒中直接写入内容，则会在中间生成一个匿名行盒；如果块盒和行盒相邻，则为行盒外部生成一个匿名块盒。

重排(Reflow) 的本质就是重新计算Layout布局树。当进行了会影响布局树的操作后，需要重新计算布局树，就会引发重新Layout。 浏览器为了避免连续的多次操作导致布局树反复计算，就会合并这些操作，生成一个渲染任务，等到下一次事件循环再进行计算。所以，改动CSS属性所造成的Reflow是异步完成的。 正因为如此，当 JS 获取布局属性时（如clientWidth），就可能造成无法获取到最新的布局信息。 于是浏览器在反复权衡下，最终决定获取属性时，立即 Reflow（同步）。

分层-Layer
渲染主线程将会使用一套复杂的策略对整个布局树进行分层。分层的好处在于，将来某一层改变之后，仅会对该层进行后续处理，不影响其他分层，从而提升效率。

比如在google页面，打开控制台的Layers，可以查看当前页面的分层情况。每个浏览器都有自己分层策略。滚动条和跟堆叠上下文相关的属性都可能影响分层（z-index、opacity、transform），也可以通过will-change属性更大程度地影响分层结果。

绘制（生成绘制指令）-Paint
首先需要生成绘制的指令，主线程会为每个分层生成绘制指令集，表明如何进行绘制，用于描述这一层的内容如何画出来。

绘制指令类似于canvas的操作方法：
移动画笔到 (x,y) 绘制宽为w，高为h的矩形......
实际上，canvas是浏览器将绘制过程封装后提供给开发者的工具。

重绘(repaint) 的本质就是重新根据分层信息计算了绘制指令。当改动可见样式后，就需要重新计算绘制指令，引发 Repaint。由于元素的布局（Layout）信息也属于可见样式，所以 Reflow 一定会引起 Repaint。

分块-Tiling
分块会将每一层分成多个小的区域。
完成生成绘制指令集之后，主线程会将每个图层的绘制指令信息提交给合成线程，剩余工作将由合成线程完成。
合成线程首先会对每个图层进行分块，将其划分成更多的小区域。它会从线程池中拿出多个线程来完成分块工作。
Tips: 合成线程和渲染主线程都位于渲染进程里。

光栅化-Raster
分块完成后，会进入光栅化阶段。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会开启多个线程来完成光栅化，并且优先处理靠近视口的块（类似于懒加载策略，以提高性能）。


光栅化就是将每个块变成位图（像素点）。

画-Draw
合成线程会计算出每个位图在屏幕上的位置，交给GPU进行最终的呈现。

合成线程拿到每个层、每个块的位图后，生成一个个的quad（指引）信息，指明位图信息位于屏幕上的位置，以及会考虑到transform的旋转、偏移、缩放等矩阵变换。

这就是transform效率高的主要原因，因为不会引起样式的计算、布局、生成绘制指令等，它与渲染主线程无关，这个过程发生在合成线程中，且只需要进行最后一步-画。
如上图中，为什么合成线程不直接将结果交给硬件，将内容显示到屏幕上，而要先转交给GPU进程，由GPU进程转发呢？
其实是因为合成线程和渲染主线程都属于渲染进程，渲染进程处于沙盒中，无法进行系统调度，即无法直接与硬件GPU通信，所以需要GPU进程中转一下。

总结
整体的流程如下：