前面一篇文章：「高頻面試題」瀏覽器從輸入url到頁面展示中間發生了什么 中，我們有對瀏覽器的渲染流程做了一個概括性的介紹，今天這篇文章我們將深入學習這部分內容。

對于很多前端開發來說，平常做工主要專注于業務開發，對瀏覽器的渲染階段可能不是很了解。實際上這個階段很重要，了解瀏覽器的渲染過程，能讓我們知道我們寫的HTML、CSS、JS代碼是如何被解析，并最終渲染成一個頁面的，在頁面性能優化的時候有相應的解決思路。

我們先來看一個問題：

HTML、CSS、JS文件在瀏覽器中是如何轉化成頁面的？

如果你回答不上來，那就往下看吧。

按照渲染的時間順序，渲染過程可以分為下面幾個子階段：構建DOM樹、樣式計算、布局階段、分層、柵格化和合成顯示。

下面詳細看下每個階段都做了哪些事情。

1. 構建DOM樹

HTML文檔描述一個頁面的結構，但是瀏覽器無法直接理解和使用HTML，所以需要通過HTML解析器將HTML轉換成瀏覽器能夠理解的結構——DOM樹。

HTML文檔中所有內容皆為節點，各節點之間有層級關系，彼此相連，構成DOM樹。

構建過程：讀取HTML文檔的字節(Bytes)，將字節轉換成字符(Chars)，依據字符確定標簽(Tokens)，將標簽轉換成節點(Nodes)，以節點為基準構建DOM樹。參考下圖：

打開Chrome的開發者工具，在控制臺輸入 document 后回車，就能看到一個完整的DOM樹結構，如下圖所示：

在控制臺打印出來的DOM結構和HTML內容幾乎一樣，但和HTML不同的是，DOM是保存在內存中的樹狀結構，可以通過JavaScript來查詢或修改其內容。

2. 樣式計算

樣式計算這個階段，是為了計算出DOM節點中每個元素的表現樣式。

2.1 解析CSS

CSS樣式可以通過下面三種方式引入：

• 通過link引用外部的CSS文件
• style 標簽內的CSS
• 元素的style屬性內嵌的CSS

和HTML一樣，瀏覽器無法直接理解純文本的CSS樣式，需要通過CSS解析器將CSS解析成 styleSheets 結構，也就是我們常說的 CSSOM樹。

styleSheets結構同樣具備查詢和修改功能：

document.styleSheets

2.2 屬性值標準化

屬性值標準化看字面意思有點不好理解，我們通過下面一個例子來看看什么是屬性值標準化：

在寫CSS樣式的時候，我們在設置color屬性值的時候，經常會用white、red等，但是這種值瀏覽器的渲染引擎不容易理解，所以需要將所有值轉換成渲染引擎容易理解的、標準化的計算值，這個過程就是屬性值標準化。

white標準化后的值為 rgb(255, 255, 255)

2.3 計算DOM樹中每個節點的樣式

完成樣式的屬性值標準化后，就需要計算每個節點的樣式屬性，這個階段CSS有兩個規則我們需要清楚：

• 繼承規則：每個DOM節點都包含有父節點的樣式
• 層疊規則：層疊是CSS的一個基本特征，是一個定義了如何合并來自多個源的屬性值的算法。

樣式計算階段是為了計算出DOM節點中每個元素的具體樣式，在計算過程中需要遵守CSS的繼承和層疊兩個規則。

該階段最終輸出的內容是每個DOM節點的樣式，并被保存在 ComputedStyle 的結構中。

3. 布局階段

經過上面的兩個步驟，我們已經拿到了DOM樹和DOM樹中元素的樣式，接下來需要計算DOM樹中可見元素的幾何位置，這個計算過程就是布局。

3.1 創建布局樹

在DOM樹中包含了一些不可見的元素，例如 head 標簽，設置了 display:none 屬性的元素，所以我們需要額外構建一棵只包含可見元素的布局樹。

構建過程：從DOM樹的根節點開始遍歷，將所有可見的節點加到布局樹中，忽略不可見的節點。

3.2 布局計算

到這里我們就有了一棵構建好的布局樹，就可以開始計算布局樹節點的坐標位置了。從根節點開始遍歷，結合上面計算得到的樣式，確定每個節點對象在頁面上的具體大小和位置，將這些信息保存在布局樹中。

布局階段的輸出是一個盒子模型，它會精確地捕獲每個元素在屏幕內的確切位置與大小。

4. 分層

現在我們已經有了布局樹，也知道了每個元素的具體位置信息，但是還不能開始繪制頁面，因為頁面中會有像3D變換、頁面滾動、或者用 z-index 進行z軸排序等復雜效果，為了更方便實現這些效果，渲染引擎還需要為特定的節點生成專用的圖層，并生成一棵對應的圖層樹(LayerTree)。

在Chrome瀏覽器中，我們可以打開開發者工具，選擇 Elements-Layers 標簽，就可以看到頁面的分層情況，如下圖所示：

瀏覽器的頁面實際上被分成了很多圖層，這些圖層疊加后合成了最終的頁面。

到這里，我們構建了兩棵樹：布局樹和圖層樹。下面我們來看下這兩棵樹之間的關系：

正常情況下，并不是布局樹的每個節點都包含一個圖層，如果一個節點沒有對應的圖層，那么這個節點就從屬于父節點的圖層。

那節點要滿足什么條件才會被提升為一個單獨的圖層？只要滿足下面其中一個條件即可：

• 擁有層疊上下文屬性的元素會被提升為單獨的一個圖層
• 需要剪裁(clip)的地方也會被創建為圖層。

5. 圖層繪制

構建好圖層樹之后，渲染引擎就會對圖層樹中的每個圖層進行繪制。

渲染引擎實現圖層繪制，會把一個圖層的繪制拆分成很多小的繪制指令，然后將這些指令按照順序組成一個繪制列表。

6. 柵格化(raster)操作

繪制一個圖層時會生成一個繪制列表，這只是用來記錄繪制順序和繪制指令的列表，實際上繪制操作是由渲染引擎中的合成線程來完成的。

通過下圖來看下渲染主線程和合成線程之間的關系：

當圖層的繪制列表準備好后，主線程會把該繪制列表提交給合成線程，合成線程開始工作。

首先合成線程會將圖層劃分為圖塊(tile)，圖塊大小通常是 256256 或者 512512。

然后合成線程會按照視口附近的圖塊來優先生成位圖，實際生成位圖的操作是由柵格化來執行的。所謂柵格化，是指將圖塊轉換為位圖。而圖塊是柵格化執行的最小單位。渲染進程維護了一個柵格化的線程池，所有的圖塊柵格化都是在線程池內執行的，運行方式如下圖所示：

7. 合成和顯示

一旦所有圖塊都被光柵化，合成線程就會生成一個繪制圖塊的命令——“DrawQuad”，然后將該命令提交給瀏覽器進程。

瀏覽器進程里面有一個名字叫做 viz 的組件，用來接收合成線程發過來的 DrawQuad 命令，然后根據命令執行。 DrawQuad 命令，將其頁面內容繪制到內存中，最后再將內存顯示在屏幕上。

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8. 總結

一個完整的渲染流程可以總結如下：

• 1、渲染進程將HTML內容轉換為瀏覽器能夠讀懂的DOM樹結構。
• 2、渲染引擎將CSS樣式表轉化為瀏覽器可以理解的styleSheets，計算出DOM節點的樣式。
• 3、創建布局樹，并計算所需元素的布局信息。
• 4、對布局樹進行分層，并生成分層樹。
• 5、為每個圖層生成繪制列表，并將其提交到合成線程。
• 6、合成線程將圖層分圖塊，并柵格化將圖塊轉換成位圖。
• 7、合成線程發送繪制圖塊命令給瀏覽器進程。瀏覽器進程根據指令生成頁面，并顯示到顯示器上。

渲染過程中還有兩個我們經常聽到的概念：重排和重繪。在這篇文章中就不細說了，下一篇文章再詳細介紹。