关于前端:探索-CSS-的本质

前言

CSS，全称为Cascading Style Sheets，用于定制文档款式；CSS使得网页的出现更加丰盛，这也是初学前端的人最感到离奇的中央；

然而随着对CSS的深刻应用才会发现：那些被咱们津津有味的“xx属性的奇淫技巧”这类货色都只不过是浮在CSS最表层的景象而已；这种对于CSS的应用形式在我看来无异于“盲人摸象”，即只能通过观察表面现象来总结应用办法，而不是从实质登程寻找解决方案，因而就可能会陷入永远只能借助表面现象来解决问题的窘境。

对于CSS的定位

在初步理解过浏览器对于网页渲染的机制和原理后，心里有个疑难变得更加突出了，那就是——“CSS在网页渲染中的定位是什么”；我联合了webGL这种单纯的图形渲染API中的图形渲染流程和CSS代码在浏览器中解析后在网页渲染中的作用，得出了一个本人的论断：

CSS是一个用于结构化形容渲染信息的辅助性DSL。

得出这么一个论断次要是基于以下理由：

结构化形容：CSS代码能够解析成CSSOM，而后依附于DOM上，这个得益于CSS语法自身就是键值对式的对象形容这一个性；
辅助性：独自的CSS代码并不能绘制出任何无效的图形，它必须联合HTML解析失去的布局、地位等结点信息能力进行绘制；即CSS代码在渲染过程中并不充当着骨架的作用，更多地是基于骨架赋予更多样的绘制；
DSL：这个就无需多说了，CSS语言自身就不是一门通用性编程语言，它仅仅是针对网页文档的渲染而已，其作用范畴与GLSL/HLSL这类着色器编程语言相比几乎就是专一得不能再专一了。

CSS与绘制

既然CSS只是辅助渲染的，那么CSS所携带的款式信息又是如何转化成底层的绘制语句呢？

这里就须要波及到更具体的浏览器渲染管线流程了，因为光从上图¹这种大略的pipeline，咱们根本无法了解CSS这种字符串信息是如何在浏览器外部进行解析而后转换成具体的底层绘制命令的。不过好在Google外部发表了一个极为具体的演讲稿来论述网页中的像素是在经验了一个怎么的pipeline之后才显示的：Life of a Pixel（这篇演讲稿当然是极力推荐浏览的）；多亏了这个演讲稿，我终于不必去从Chromium我的项目源码中去一点点查找CSS渲染的蛛丝马迹了……

上图是我根据上述演讲PPT和本人的了解所总结的一个渲染pipeline，看似很残缺，然而实际上并不是浏览器所有的渲染pipeline，这仅仅是一个初步的流程，后续的优化渲染流程还没波及；因为前面的优化渲染pipeline和更新渲染pipeline比较复杂，当前再独自钻研，这里总结的流程权当是一个简略的全量渲染pipeline；

模仿CSS渲染

如果真要模仿上述流程图中所有pipeline，即HTMl + CSS → 像素，那真是一个微小的工程，切实是有心无力；我最感兴趣的局部实际上是光栅化的局部，即Paint Operator → 像素，因而基于webGL对这个光栅化做了一个最简化模型：

能够看到这个渲染pipeline是十足的简略，IMGUI + 全量式绘制；因为我只想验证所谓的Paint Operator携带的绘制信息到底是如何传入到真正的底层——即着色器内的，我想晓得着色器外部是如何消化和了解Paint Operator的；所以下面这个模型只是我集体依据Life of a Pixel一文所想到的一种底层交互模型；

模仿代码

import { PaintOperator } from '@/types/css-gl'
import { vec2, vec4 } from 'gl-matrix'

(() => {
  const { CSSGL } = WebGLEngine // WebGLEngine是本人手写的一个webGL渲染库
  const ops: PaintOperator[] = new Array(50).fill(0).map((val, idx) => {
    const randomPos: vec2 = [
      Math.random() * window.innerWidth,
      Math.random() * window.innerHeight
    ]
    const randomSize = vec2.create()
    const randomBg: vec4 = [
      Math.random(),
      Math.random(),
      Math.random(),
      1.0
    ]
    vec2.random(randomSize, 200)

    return {
      id: idx,
      shape: {
        pos: randomPos,
        size: randomSize
      },
      flags: {
        background: randomBg
      }
    }
  }) // 随机构建50个PaintOperator对象
  const gl = new CSSGL('test', ops) // 解析PaintOperator数据
  gl.paint() // 执行绘制
})()

解析代码就是下面这些，因为底层代码做了形象，所以大部分代码都是生成PaintOperator对象的；能够看下预设的着色器代码：

precision highp float; // 高精度
uniform vec2 u_Screen; // 屏幕尺寸
attribute vec2 a_Pos; // 顶点坐标

vec2 widthRange = vec2(0.0, u_Screen.x);
vec2 heightRange = vec2(0.0, u_Screen.y);
vec2 outputRange = vec2(-1.0, 1.0); // NDC坐标范畴为[-1, 1]

// 将一个值从原来的范畴等比映射到另一个范畴
float rangeMap (float source, vec2 sourceRange, vec2 targetRange) {
  float bais = source / (sourceRange.y - sourceRange.x); // 在范畴长度中的占比
  float target = bais * (targetRange.y - targetRange.x) + targetRange.x;
  return target;
}

void main() {
  gl_Position = vec4(
    rangeMap(a_Pos.x, widthRange, outputRange),
    rangeMap(a_Pos.y, heightRange, outputRange) * -1.0, // 转换成NDC时y轴须要翻转
    1.0,
    1.0
  );
}

precision highp float; // 高精度
uniform vec2 u_Screen; // 屏幕尺寸
uniform vec4 u_Background; // 背景色

void main() {
  gl_FragColor = u_Background;
}

因为模型自身很简略，因而对应的着色器也很简略；通过着色器代码不难看出，我所了解的底层着色器接管Paint Operator信息就是通过内置的属性来一一对应，是最原始的形式；

对于Skia

下面这个模仿思路其实很简略，所以我也很想去验证这种思路跟具体的Chrome/Chromium底层绘制有啥不同（单纯的感兴趣）；因为Chromium外部简直所有的图形绘制都交给了Skia图形库，所以只能去Skia源码去查找蛛丝马迹了；

不过看了一圈Skia我的项目源码之后，我发现Skia我的项目切实是太高度形象了，层层嵌套，从着色器代码外面压根找不出蛛丝马迹，因为着色器代码外面的信息看起来都是很形象/通用的数据，无奈间接分割到图元绘制；看来须要较长的工夫能力找出我想要的答案，尽管有点遗憾，然而也从Skia自身发现了一些不错的中央：

Skia外部设计了一个着色器语言，名为SkSL (Skia Shading Language)；SkSL实际上就是基于某一固定版本的GLSL语法进行设计的，其作用应该是抹去不同GPU驱动API着色器语法的差别，以便对于不同的GPU驱动能够进一步输入为指标着色器语言，因而SkSL能够看做是着色器预编译语言²；

Skia的API格调也很有意思，与Canvas API很类似，看一下官网的Demo就晓得了：

void draw(SkCanvas* canvas) {
    canvas->drawColor(SK_ColorWHITE);

    SkPaint paint;
    paint.setStyle(SkPaint::kFill_Style);
    paint.setAntiAlias(true);
    paint.setStrokeWidth(4);
    paint.setColor(0xff4285F4);
    
    SkRect rect = SkRect::MakeXYWH(10, 10, 100, 160);
    canvas->drawRect(rect, paint);

    SkRRect oval;
    oval.setOval(rect);
    oval.offset(40, 80);
    paint.setColor(0xffDB4437);
    canvas->drawRRect(oval, paint);

    paint.setColor(0xff0F9D58);
    canvas->drawCircle(180, 50, 25, paint);

    rect.offset(80, 50);
    paint.setColor(0xffF4B400);
    paint.setStyle(SkPaint::kStroke_Style);
    canvas->drawRoundRect(rect, 10, 10, paint);
}

相熟的命令式以及图元绘制命名；

Skia中有三大基类：SkCanvas、SkBitmap和SkPaint³；
- SkCanvas：治理绘制相干的API；
- SkBitmap：治理bit数据；
- SkPaint：治理图元绘制格调相干的状态；

相干文档

How Blink works – Google 文档：一个对于Blink渲染引擎的超强概述
Web IDL 简介 | 澪同学的博客
https://www.chromium.org/blink
再见，CSS Shader (CSS Custom Filter) | 花嫁達の部屋：无心中发现的一个被废除的标准
W3C CSS标准主页
https://www.chromium.org/deve… ：Chromium我的项目对于Skia应用的概述
Skia Vulkan Performance – 知乎
着色器 – LearnOpenGL-CN

https://docs.google.com/docum… ↩
https://github.com/google/ski… ↩
https://www.chromium.org/deve… ↩

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对于CSS的定位

CSS与绘制

模仿CSS渲染

模仿代码

对于Skia

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