这套题还不错，感兴趣的猿可以试一试：前端开发工程师

对于很多前端开发来说，平常做工主要专注于业务开发，对浏览器的渲染阶段可能不是很了解。实际上这个阶段很重要，了解浏览器的渲染过程，能让我们知道我们写的HTML、CSS、JS代码是如何被解析，并最终渲染成一个页面的，在页面性能优化的时候有相应的解决思路。

我们先来看一个问题：

HTML、CSS、JS文件在浏览器中是如何转化成页面的？

如果你回答不上来，那就往下看吧。

按照渲染的时间顺序，渲染过程可以分为下面几个子阶段：构建DOM树、样式计算、布局阶段、分层、栅格化和合成显示。

下面详细看下每个子阶段都做了哪些事情。

1. 构建DOM树

HTML文档描述一个页面的结构，但是浏览器无法直接理解和使用HTML，所以需要通过HTML解析器将HTML转换成浏览器能够理解的结构——DOM树。

HTML文档中所有内容皆为节点，各节点之间有层级关系，彼此相连，构成DOM树。

构建过程：读取HTML文档的字节(Bytes)，将字节转换成字符(Chars)，依据字符确定标签(Tokens)，将标签转换成节点(Nodes)，以节点为基准构建DOM树。参考下图：

打开Chrome的开发者工具，在控制台输入 document 后回车，就能看到一个完整的DOM树结构，如下图所示：

在控制台打印出来的DOM结构和HTML内容几乎一样，但和HTML不同的是，DOM是保存在内存中的树状结构，可以通过JavaScript来查询或修改其内容。

2. 样式计算

样式计算这个阶段，是为了计算出DOM节点中每个元素的表现样式。

2.1 解析CSS

CSS样式可以通过下面三种方式引入：

  • 通过link引用外部的CSS文件
  • style 标签内的CSS
  • 元素的style属性内嵌的CSS

和HTML一样，浏览器无法直接理解纯文本的CSS样式，需要通过CSS解析器将CSS解析成 styleSheets 结构，也就是我们常说的 CSSOM树。

styleSheets结构同样具备查询和修改功能：

document.styleSheets
复制代码

2.2 属性值标准化

属性值标准化看字面意思有点不好理解，我们通过下面一个例子来看看什么是属性值标准化：

在写CSS样式的时候，我们在设置color属性值的时候，经常会用white、red等，但是这种值浏览器的渲染引擎不容易理解，所以需要将所有值转换成渲染引擎容易理解的、标准化的计算值，这个过程就是属性值标准化。

white标准化后的值为 rgb(255, 255, 255)

2.3 计算DOM树中每个节点的样式

完成样式的属性值标准化后，就需要计算每个节点的样式属性，这个阶段CSS有两个规则我们需要清楚：

  • 继承规则：每个DOM节点都包含有父节点的样式
  • 层叠规则：层叠是CSS的一个基本特征，是一个定义了如何合并来自多个源的属性值的算法。

样式计算阶段是为了计算出DOM节点中每个元素的具体样式，在计算过程中需要遵守CSS的继承和层叠两个规则。

该阶段最终输出的内容是每个DOM节点的样式，并被保存在 ComputedStyle 的结构中。

3. 布局阶段

经过上面的两个步骤，我们已经拿到了DOM树和DOM树中元素的样式，接下来需要计算DOM树中可见元素的几何位置，这个计算过程就是布局。

3.1 创建布局树

在DOM树中包含了一些不可见的元素，例如 head 标签，设置了 display:none 属性的元素，所以我们需要额外构建一棵只包含可见元素的布局树。

构建过程：从DOM树的根节点开始遍历，将所有可见的节点加到布局树中，忽略不可见的节点。

3.2 布局计算

到这里我们就有了一棵构建好的布局树，就可以开始计算布局树节点的坐标位置了。从根节点开始遍历，结合上面计算得到的样式，确定每个节点对象在页面上的具体大小和位置，将这些信息保存在布局树中。

布局阶段的输出是一个盒子模型，它会精确地捕获每个元素在屏幕内的确切位置与大小。

4. 分层

现在我们已经有了布局树，也知道了每个元素的具体位置信息，但是还不能开始绘制页面，因为页面中会有像3D变换、页面滚动、或者用 z-index 进行z轴排序等复杂效果，为了更方便实现这些效果，渲染引擎还需要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Chrome浏览器中，我们可以打开开发者工具，选择 Elements-Layers 标签，就可以看到页面的分层情况，如下图所示：

浏览器的页面实际上被分成了很多图层，这些图层叠加后合成了最终的页面。

到这里，我们构建了两棵树：布局树和图层树。下面我们来看下这两颗树之间的关系：

正常情况下，并不是布局树的每个节点都包含一个图层，如果一个节点没有对应的图层，那么这个节点就从属于父节点的图层。

那节点要满足什么条件才会被提升为一个单独的图层？只要满足下面其中一个条件即可：

    1. 拥有层叠上下文属性的元素会被提升为单独的一个图层
    1. 需要剪裁(clip)的地方也会被创建为图层。

5. 图层绘制

构建好图层树之后，渲染引擎就会对图层树中的每个图层进行绘制。

渲染引擎实现图层绘制，会把一个图层的绘制拆分成很多小的绘制指令，然后将这些指令按照顺序组成一个待绘制列表。

6. 栅格化(raster)操作

绘制一个图层时会生成一个绘制列表，这只是用来记录绘制顺序和绘制指令的列表，实际上绘制操作是由渲染引擎中的合成线程来完成的。

通过下图来看下渲染主线程和合成线程之间的关系：

当图层的绘制列表准备好后，主线程会把该绘制列表提交给合成线程，合成线程开始工作。

首先合成线程会将图层划分为图块(tile)，图块大小通常是 256256 或者 512512。

然后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是由栅格化来执行的。所谓栅格化，是指将图块转换为位图。而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，所有的图块栅格化都是在线程池内执行的，运行方式如下图所示：

7. 合成和显示

一旦所有图块都被光栅化，合成线程就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。

浏览器进程里面有一个叫 viz 的组件，用来接收合成线程发过来的 DrawQuad 命令，然后根据 DrawQuad 命令，将其页面内容绘制到内存中，最后再将内存显示在屏幕上。

8. 总结

一个完整的渲染流程可以总结如下：

  • 1、渲染进程将HTML内容转换为浏览器能够读懂的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，并将其提交到合成线程。

  • 6、合成线程将图层分图块，并栅格化将图块转换成位图。

  • 7、合成线程发送绘制图块命令给浏览器进程。浏览器进程根据指令生成页面，并显示到显示器上。

渲染过程中还有两个我们经常听到的概念：重排和重绘。在这篇文章中就不细说，下一篇文章再详细介绍。