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浏览器渲染机制

appetizerio / 1293人阅读

摘要:浏览器渲染进程浏览器内核进程,内部是多线程的默认每个页面一个进程,互不影响。事件触发线程归属于浏览器而不是引擎,用来控制事件循环可以理解成引擎自己都忙不过来,需要浏览器另开线程协助。

线程和进程

进程和线程的概念可以这样理解:

进程是一个工厂,工厂有它的独立资源--工厂之间相互独立--线程是工厂中的工人,多个工人协作完成任务--工厂内有一个或多个工人--工人之间共享空间

工厂有多个工人,就相当于一个进程可以有多个线程,而且线程共享进程的空间。

进程是cpu资源分配的最小单位(是能拥有资源和独立运行的最小单位,系统会给它分配内存)
线程是cpu调试的最小单位(线程是建立在进程的基础上的一次程序运行单位,一个进程中可以有多个线程。核心还是属于一个进程。)

浏览器是多进程的

浏览器是多进程的,每打开一个tab页,就相当于创建了一个独立的浏览器进程。

浏览器包含的进程:

Browser进程:浏览器的主进程(负责协调,主控),只有一个,作用有:

负责浏览器的界面显示,与用户交互,如前进,后退等

负责各个页面的管理,创建和销毁其它进程

Rendered进程得到的内存中的Bitmap,绘制到用户界面上

网络资源的管理,下载

第三方插件进程:每种类型的插件对应一个进程,仅当使用该插件时才创建。

GPU进程:最多一个,用于3D绘制等。

浏览器渲染进程(浏览器内核)(Render进程,内部是多线程的):默认每个Tab页面一个进程,互不影响。主要作用为:

页面渲染,脚本执行,事件处理等

在浏览器中打开一个网页相当于新起了一个进程(进程内有自己的多线程)

浏览器多进程的优势

避免单个page crash影响整个浏览器

避免第三方插件crash影响整个浏览器

多进程充分利用多核优势

方便使用沙盒模型隔离插件等进程,提高浏览器稳定性

简单理解就是:如果浏览器是单进程的,某个Tab页崩溃了,就影响了整个浏览器,体验就会很差。同理如果是单进程的,插件崩溃了也会影响整个浏览器;
当然,内存等资源消耗也会更大,像空间换时间一样。

重点是浏览器内核(渲染进程)

对于普通的前端操作来说,最重要的渲染进程:页面的渲染,js的执行,事件的循环等都在这个进程内执行;

浏览器是多进程的,浏览器的渲染进程是多线程的;

GUI渲染线程

负责渲染浏览器界面,解析HTML,CSS,构建DOM树和RenderObject树,布局和绘制等。

当界面需要重绘或由于某种操作引发回流时,该线程就会执行。

注意,GUI渲染线程与JS引擎线程是互斥的,当JS引擎执行时GUI线程会被挂起(相当于冻结了),GUI更新会被保存在一个队列中等到JS引擎空闲时立即被执行。

JS引擎线程

也称为JS内核,负责处理JavaScript脚本程序。(例如V8引擎)。

JS引擎线程负责解析JavaScript脚本,运行代码。

JS引擎一直等待着任务队列中任务的到来,然后加以处理,一个Tab页(render进程)中无论什么时候都只有一个JS线程在运行JS程序。

同样注意,GUI渲染线程与JS引擎线程是互斥的,所以如果JS执行的时间过长,这样就会造成页面的渲染不连贯,导致页面渲染加载阻塞。

事件触发线程

归属于浏览器而不是JS引擎,用来控制事件循环(可以理解成JS引擎自己都忙不过来,需要浏览器另开线程协助)。

JS引擎执行代码块如setTimeout时(也可来自浏览器内核的其它线程,如鼠标点击,AJAX异步请求等),会将对应任务添加到事件线程中。

当对应的事件符合触发条件被触发时,该线程会把事件添加到待处理队列的队尾,等待JS引擎的处理。

注意,由于JS的单线程关系,所以这些待处理队列中的事件都得排队等待JS引擎处理(当JS引擎空闲时才会去执行)。

定时触发器线程

传说中的setTimeoutsetInterval所在的线程

浏览器定时计数器并不是由JavaScript引擎计数的,(因为JavaScript引擎是单线程的,如果处于阻塞线程状态就会影响计时的准确)

因此通过多带带线程来计时并触发定时(计时完毕后,添加到事件队列中,等待JS引擎空闲后执行)

注意,W3CHTML标准中规定,规定要求setTimeout中低于4ms的时间间隔算为4ms

异步http请求线程

XMLHttpRequest在连接后是通过浏览器新型一个线程请求

将检测到状态变更时,如果设置有回调函数,异步线程就产生状态变更事件,将这个回调再放入事件队列中,再由JavaScript引擎执行

总结下来,渲染进程如下:

Browser主进程和浏览器内核(渲染进程)的通信过程

打开一个浏览器,可以看到:任务管理器出现了2个进程(一个主进程,一个是打开Tab页的渲染进程);

Browser主进程收到用户请求,首先需要获取页面内容(如通过网络下载资源),随后将该任务通过RendererHost接口传递给Render渲染进程

Render渲染进程的Renderer接口收到消息,简单解释后,交给渲染线程GUI,然后开始渲染

GUI渲染线程接收请求,加载网页并渲染网页,这其中可能需要Browser主进程获取资源和需要GPU进程来帮助渲染

当然可能会有JS线程操作DOM(这可能会造成回流并重绘)

最后Render渲染进程将结果传递给Browser主进程

Browser主进程接收到结果并将结果绘制出来

浏览器内核(渲染进程)中线程之间的关系

GUI渲染线程与JS引擎线程互斥

由于JavaScript是可操作DOM的,如果在修改这些元素属性同时渲染界面(即JS线程和GUI线程同时运行),那么渲染线程前后获得的元素数据就可能不一致了。

因此,为了防止渲染出现不可预期的结果,浏览器就设置了互斥的关系,当JS引擎执行时GUI线程会被挂起。GUI更新则会被保存在一个队列中等到JS引擎线程空闲时立即被执行。

JS阻塞页面加载

从上述的互斥关系,可以推导出,JS如果执行时间过长就会阻塞页面。

譬如,假设JS引擎正在进行巨量的计算,此时就算GUI有更新,也会被保存在队列中,要等到JS引擎空闲后执行。然后由于巨量计算,所以JS引擎可能很久很久才能空闲,肯定就会感觉很卡。

所以,要尽量避免JS执行时间过长,这样就会造成页面的渲染不连贯,导致页面渲染加载阻塞的感觉。

css加载是否会阻塞dom树渲染

这里说的是头部引入css的情况
首先,我们都知道:css是由多带带的下载线程异步下载的。
然后还有几个现象:

css加载不会阻塞DOM树解析(异步加载时dom照常构建)

但会阻塞render树渲染(渲染时需要等css加载完毕,因为render树需要css信息)

这可能也是浏览器的一种优化机制
因为你加载css的时候,可能会修改下面DOM节点的样式,如果css加载不阻塞render树渲染的话,那么当css加载完之后,render树可能又得重新重绘或者回流了,这就造成了一些没有必要的损耗
所以干脆把DOM树的结构先解析完,把可以做的工作做完,然后等css加载完之后,在根据最终的样式来渲染render树,这种做法确实对性能好一点。

WebWorker,JS的多线程?

前文中有提到JS引擎是单线程的,而且JS执行时间过长会阻塞页面,那么JS就真的对cpu密集型计算无能为力么?

所以,后来HTML5中支持了WebWorker

这样理解下:

创建Worker时,JS引擎向浏览器申请开一个子线程(子线程是浏览器开的,完全受主线程控制,而且不能操作DOM
JS引擎线程与worker线程间通过特定的方式通信(postMessage API,需要通过序列化对象来与线程交互特定的数据)

所以,如果有非常耗时的工作,请多带带开一个Worker线程,这样里面不管如何翻天覆地都不会影响JS引擎主线程,只待计算出结果后,将结果通信给主线程即可,perfect!

而且注意下,JS引擎是单线程的,这一点的本质仍然未改变,Worker可以理解是浏览器给JS引擎开的外挂,专门用来解决那些大量计算问题。

WebWorkerSharedWorker

既然都到了这里,就再提一下SharedWorker(避免后续将这两个概念搞混)

WebWorker只属于某个页面,不会和其他页面的Render进程(浏览器内核进程)共享
所以ChromeRender进程中(每一个Tab页就是一个render进程)创建一个新的线程来运行Worker中的JavaScript程序。

SharedWorker是浏览器所有页面共享的,不能采用与Worker同样的方式实现,因为它不隶属于某个Render进程,可以为多个Render进程共享使用
所以Chrome浏览器为SharedWorker多带带创建一个进程来运行JavaScript程序,在浏览器中每个相同的JavaScript只存在一个SharedWorker进程,不管它被创建多少次。

看到这里,应该就很容易明白了,本质上就是进程和线程的区别。SharedWorker由独立的进程管理,WebWorker只是属于render进程下的一个线程

总结浏览器渲染流程
浏览器输入url,浏览器主进程接管,开一个下载线程,然后进行http请求(略去DNS查询,IP寻址等等操作),然后等待响应,获取内容,随后将内容通过RendererHost接口转交给Render进程--浏览器渲染流程开始

浏览器内核拿到内容后,渲染大概可以划分为:

解析html建立dom

解析css构建render树(将css代码解析成树形的数据结构,然后结合dom合并成render树)

布局render树(Layout/reflow),负责各元素尺寸,位置的计算

绘制render树(paint),绘制页面像素信息

浏览器会将各层的信息发送给GPUGPU会将各层合成(composite),显示在屏幕上

渲染完毕后就是load事件了,之后就是自己的JS逻辑处理了,略去了详细步骤。

load事件与DOMContentLoaded事件的先后

上面提到,渲染完毕后会触发load事件,那么你能分清楚load事件与DOMContentLoaded事件的先后么?

很简单,知道它们的定义就可以了:

DOMContentLoaded 事件触发时,仅当DOM加载完成,不包括样式表,图片。
(譬如如果有async加载的脚本就不一定完成)

onload 事件触发时,页面上所有的DOM,样式表,脚本,图片都已经加载完成了。(渲染完毕了)

所以,顺序是:DOMContentLoaded -> load

普通图层和复合图层

渲染步骤就提到了composite概念;浏览器渲染的图层一般包含两大类:普通图层以及复合图层。

普通文档流内可以理解为一个复合图层(这里默认复合层,里面不管添加多少元素,其实都是在同个复合图层中)

absolute布局(fixed也一样),虽然可以脱离文档流,但它仍然属于默认复合层

可以通过硬件加速的方式,声明一个新的复合图层,它会多带带分配资源(当然也会脱离普通文档流,这样一来,不管这个复合图层中怎么变化,也不会影响默认复合层里的回流重绘)

可以简单理解下:GPU中,各个复合图层是多带带绘制的,所以互不影响,这也是为什么某些场景硬件加速效果一级棒

如何变成复合图层(硬件加速)

将元素变成一个复合图层,就是传说中的硬件加速技术

最常用的方式:translate3d,translatez

opacity属性/过渡动画(需要动画执行的过程中才会创建合成层,动画没有开始或结束后元素还会回到之前的状态)

will-chang属性(这个比较偏僻),一般配合opacitytranslate使用(而且经测试,除了上述可以引发硬件加速的属性外,其它属性并不会变成复合层),作用是提前告诉浏览器要变化,这样浏览器会开始做一些优化工作(这个最好用完后就释放)