关于前端:从-Chrome-看浏览器的渲染机制

Chrome 的多过程架构

过程 & 线程

在谈浏览器多过程架构之前，咱们先聊聊过程和线程的概念。

过程是零碎进行资源调度和调配的的根本单位，一个过程能够认为是一个程序的运行实例。启动一个程序的时候，操作系统会为该程序创立一块内存，用来寄存代码、运行中的数据和一个执行工作的主线程，咱们把这样的一个运行环境叫过程。

线程是依附于过程的，是操作系统可辨认的最小执行和调度单位，而过程中应用多线程并行处理能晋升运算效率，多线程能够并行处理工作，然而线程是不能独自存在的，它是由过程来启动和治理的。咱们最相熟的 JS 的运行就是线程这个维度。

上面是过程和线程间的一些区别：

• 一个线程依附于一个过程，一个过程能够有多个线程；
• 线程之间共享过程中的数据。
• 过程中的任意一线程执行出错，都会导致整个过程的解体，而过程之前不会相互影响。
• 当一个过程敞开之后，操作系统会回收过程所占用的内存。
• 过程之间的内容互相隔离，只能通过 IPC 通信。

我感觉知乎上一个用火车比喻过程和线程的例子比拟形象：过程好比火车，线程好比车厢，一辆火车有多节车厢，不同的火车之间互不烦扰，然而一节车厢失火会殃及多节车厢。

Chrome 架构

Chrome 浏览器包含：1 个 Browser 主过程、1 个 GPU 过程、1 个 Utility 过程、多个 Renderer 过程和多个 Plugin 过程。

• Browser 主过程（浏览器过程）：次要负责界面显示、用户交互、子过程治理，同时还蕴含网络申请和文件拜访等。
• GPU 过程：与其余过程隔离解决 GPU 工作。
• Renderer 过程（渲染过程）：外围工作是将 HTML、CSS 和 JavaScript 转换为用户能够与之交互的网页，排版引擎 Blink 和 JavaScript 引擎 V8 都是运行在该过程中，默认状况下，Chrome 会为每个 Tab 标签创立一个渲染过程。出于平安思考，渲染过程都是运行在沙箱模式下。
• Plugin 过程：次要是负责插件的运行，因插件易解体，所以须要通过插件过程来隔离，以保障插件过程解体不会对浏览器和页面造成影响。

浏览器渲染机制

渲染过程的外围工作是将 HTML、CSS 和 JavaScript 转换为用户能够与之交互的网页。在这个工作过程中，输出的 HTML 通过一些子阶段，最初输入像素。依照渲染的工夫程序，这些子阶段大抵可分为：构建 DOM 树、计算款式、布局、分层、绘制、分块、栅格化和合成。

构建 DOM 树

当渲染过程开始接管 HTML 数据时，主线程开始解析 HTML 并将其转换为浏览器可能了解的 DOM 树结构。

在 DOM 树的解析过程中，如果遇到 img、css 或者 js 资源时，主线程会向 Browser 主过程的网络线程发送申请以获取对应的资源。

当解析的过程中遇到 <script> 标签时，主线程会暂停 HTML 的解析，从而进行 js 代码的加载、解析和执行。因为 js 代码中可能波及对页面构造的批改，主线程必须期待 js 运行能力复原对 HTML 文档的解析。因而咱们能够通过在 <script> 标签上加上 async 或者 defer 属性来异步加载执行 js 代码，防止 js 阻塞 HTML 的解析。

款式计算

款式计算的目标是为了计算出 DOM 节点中每个元素的具体款式，在计算过程中须要恪守 CSS 的继承和层叠两个规定，这个阶段大体可分为三步来实现：

• 把 CSS 转换为浏览器可能了解的构造：当渲染引擎接管到 CSS 文本时，会执行一个转换操作，将 CSS 文本转换为浏览器能够了解的构造——StyleSheets；
• 转换样式表中的属性值，使其标准化：例如 rem 这些属性，须要将所有值转换为渲染引擎容易了解的、标准化的计算值；
• 计算出 DOM 树中每个节点的具体款式

在浏览器中，咱们能够通过 Computed 面板查看以后节点的 Computed Style。

布局

有了 DOM 树和 DOM 对应的 Computed Style 之后还不足以显示页面，接下来还须要计算出 DOM 树中可见元素的几何地位，这个计算过程叫做布局。

Chrome 在布局阶段须要实现两个工作：创立布局树和布局计算。

• 创立布局树：浏览器会遍历 DOM 树中的所有可见节点，并把这些节点加到布局树中，而不可见的节点会被布局树疏忽掉，如图中 span 这个元素被设置为 dispaly:none，这个元素会被布局树疏忽；
• 布局计算：有了布局树后，浏览器会计算布局节点的坐标地位；

分层

有了布局树后，对于一些简略页面曾经具备绘制条件了，然而对于咱们古代的页面来说，有很多简单的成果，如一些简单的 3D 转换、z-index 做 z 轴排序等，对于这些场景为了页面展现的正确性，渲染引擎还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。

须要留神的是，并不是每个节点都蕴含一个图层，如果一个节点没有对应的层，那么这个节点就从属于父节点所在的图层。最终每一个节点都会间接或者间接地从属于一个图层。

通常满足上面两点便会晋升为一个独自的图层：

• 领有层叠上下文属性的元素会被晋升为独自的一层。层叠上下文
• 须要剪裁的中央也会被创立为图层（overflow）。

咱们能够在浏览器的 layers 面板看到以后页面的分层状况：

绘制

在确定了 DOM 树、计算款式以及布局树依然不足以绘制页面，这里还须要有明确的绘制程序，在此过程中主线程会遍历布局树并创立绘制记录。

同样，咱们能够在浏览器的 layers 面板看到当前页面对应图层的绘制记录：

光栅化（栅格化）

在确定了布局树并创立了图层以及对应的绘制程序之后，主线程会将信息提交给合成线程。合成线程会去光栅化每一个图层。

因为咱们浏览器的视口是无限的，然而页面的长度可能很长，有些图层可能超过视口很多，而用户对页面的感知是视口维度的，一次性渲染整个图层未免有些节约，因而合成线程会对图层进行 分块解决。

有了图块之后，合成线程会将每一个图块发送到光栅线程（Raster thread），光栅线程会光栅化每一个图块并存在 GPU 内存中。在这个过程中，合成线程会优先选择视口内的图块提交给光栅线程。

合成和展现

光栅化实现后，合成线程会创立合成帧通过 IPC 通信提交给浏览器过程。浏览器过程接管到指令后会将内容绘制在内存中并展现在屏幕上。

至此，从接管 HTML 数据到页面的展现全流程就完结了。上面咱们再联合浏览器的渲染流程看下什么是重排、重绘和合成。

重排、重绘和间接合成

重排

当咱们通过 js 或者 css 属性更新了元素的几何属性，例如元素的宽度、高度，此时浏览器会从新触发布局并从新执行前面全副的渲染流程，因而，重排的开销是最大的。

重绘

当咱们通过 js 或者 css 更新元素的绘制属性，例如元素的背景色、文字的色彩等，此时布局和分层阶段被省略，只执行后续的流程，因而重绘的开销相比重排会小很多。

间接合成

为什么咱们为了防止重排和重绘而去采纳 css3 的 transform 等属性呢？因为此时整个主线程的流程会被全副跳过，执行后续的流程，而后续的流程交给了在执行线程、光栅线程和 GPU 过程上执行没有占据主线程的资源，因而效率是最高的。

参考文章

• https://developer.chrome.com/…
• https://developer.chrome.com/…
• https://developer.mozilla.org…
• https://www.zhihu.com/questio…