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。

們經常寫 HTML 、 CSS 和 JavaScript ，寫好這些之后，我們就會在瀏覽器中看到頁面，那瀏覽器究竟在這背后做了一些什么事情呢？本篇文章將揭曉答案！

了解瀏覽器的渲染原理是我們在通往更深層次的前端開發中不可缺少的，它可以讓我們從更深層次、角度去考慮性能優化等～

下面進入正文～

進程、線程

瀏覽器會分配一個線程“自上而下，從左到右”依次解析和渲染代碼，那么進程和線程是什么，它們之間有著怎樣的關系呢？

進程

一個進程就是一個程序運行的實例。當啟動一個程序的時候，操作系統會為該程序創建一塊內存，用來存放代碼，運行中的數據和一個執行任務的主線程，這樣的一個運行環境就叫進程

線程

線程不能單獨存在，它是由進程來啟動和管理的。線程依附于進程，進程中使用多線程并行處理能提升運算效率

兩者之間的關系

1、進程中的任意一線程執行出錯，都會導致整個進程的崩潰

2、線程之間可以共享數據

3、當一個進程關閉后，操作系統會回收進程所占用的內存

4、進程之間的內容相互隔離

渲染機制

從HTML、CSS和JavaScript開始

了解瀏覽器的渲染原理，我們就要從理解 HTML 、 CSS 和 JavaScrip 開始，我們先來看一張圖

HTML (超文本標記語言)，顧名思義，由標記（標簽）和文本組成，每個標簽都有自己的語意，瀏覽器會根據標簽和文本展示對應的內容。

CSS (層疊樣式表)，由選擇器和屬性組成，它可以改變 HTML 的樣式，比如上圖中，我們改變了 span 的顏色由藍色為綠色。

JavaScript ，我們可以通過 JS 完成很多事情，例如上圖中修改樣式。

下面開始分析渲染的原理

渲染流水線

渲染模塊由于渲染的機制的復雜，被劃分為了很多子階段，輸入的 HTML 經過這些子階段，最后會輸出為像素。這樣的處理流程就叫做 渲染流水線

按照渲染的時間順序，流水線可分為幾個子階段：構建 DOM 樹、樣式計算、布局階段、分層、繪制、分塊、光柵化和合成

構建DOM樹

由于瀏覽器無法直接理解和使用 HTML ,所以需要將 HTML 轉換為瀏覽器能夠理解的結構（ DOM 樹）

樹結構示意圖

DOM樹的構建過程

我們來分析一下下面這段代碼會構建出一棵什么樣的 DOM 樹

我們先將上面的代碼運行，然后在瀏覽器控制臺輸入 document ，看看會有什么效果

我們一層級一層級的打開就會看到如上圖的效果，我們可以根據這每一層級展開的效果，繪制出一棵 DOM 樹結構，如下：

接下來，我們試一下利用 JS 修改一下內容，看有什么改變：

我們可以看到“瀏覽器”的文字變成了“chrome”

再來看一下 DOM 樹是否有改變

我們看到在“瀏覽器”的位置換成了“chrome”，那么如何讓 DOM 節點擁有樣式？

樣式計算

樣式計算，顧名思義，就是 計算出 DOM 節點中每個元素的具體樣式 ，這個階段會分為三部分：

• 把 CSS 轉換為瀏覽器能夠理解的結構
• 轉換樣式表中的屬性值，使其標準化
• 計算出 DOM 樹中每個節點的樣式

CSS樣式來源

• link 導入外部樣式資源

瀏覽器會新開辟一個線程，去服務器獲取對應的資源文件（不阻礙主線程的渲染）

• style 內嵌樣式

從上到下解析，解析完繼續解析 DOM 結構。在真實項目中，如果 css 代碼不是很多，或是移動端項目，我們應該使用內嵌式，以此來減少 http 資源的請求，提高頁面渲染速度

• 行內樣式
• @import 導入

它是同步的，不會開辟新線程去加載資源文件，而是讓主線程去獲取，這阻礙 DOM 結構的繼續渲染；只有把外部樣式導入進來，并且解析后，才會繼續渲染 DOM 結構

把CSS轉換為瀏覽器能夠理解的結構

瀏覽器就像不能理解 HTML 一樣，不理解 CSS ，所以當渲染引擎接收到 CSS 文件時，會執行轉換操作，將 CSS 文本轉換為瀏覽器可以理解的 styleSheets 結構。

在 HTML 中，在瀏覽器中輸入 document 可以查看 html 的結構。在 css 中，可以輸入 document.styleSheets 看到 css 的結構

現在的結構是空的，我們來加一些樣式，看看效果

轉換樣式表中的屬性值，使其標準化

屬性值標準化就是將所有值轉換為渲染引擎容易理解的、標準化的計算值。我們大致看一下效果：

• 標準化前

body {
    font-size: 2em;
    color: black;
    font-weight: bold;
    ...
}
復制代碼

• 標準化后

body {
    font-size: 16px;
    color: rgb(0, 0, 0);
    font-weight: 700;
    ...
}
復制代碼

計算出DOM樹中每個節點的具體樣式

樣式計算有兩個CSS的規則：繼承規則和層疊規則

• CSS繼承規則

CSS 繼承就是每個 DOM 節點都包含有父節點的樣式。我們來看一下下面這段代碼中如何應用到 DOM 節點上

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <title>Document</title>
    <style>
        h1 {
            color: red;
        }

        div {
            color: blue;
        }

        span {
            font-size: 16px;
        }
    </style>
</head>
<body>
    <h1>掘金</h1>
    <div>
        <span>瀏覽器</span>
        <span>渲染原理</span>
        構建DOM樹
    </div>
</body>
</html>
復制代碼

子節點會擁有父節點的樣式，由此我們可以畫出這樣一張圖

我們還可以打開控制臺，看一下選中 span 標簽，都會看到哪些內容

通過上圖，我們可看到一個元素的樣式、繼承過程等， userAgent 樣式是瀏覽器默認的內置樣式，如果我們不提供任何樣式，就會使用此樣式。

• 樣式層疊規則

層疊在 CSS 處于核心地位，它是 CSS 的一個基本特征，它定義了如何合并來自多個源的屬性值的算法。

樣式計算階段最終輸出的內容是每個 DOM 節點的樣式，并且保存在了 ComputedStyle 中。我們可以通過控制臺看到某個 DOM 元素最終的計算樣式

布局階段

現在我們不知道 DOM 元素的幾何位置信息，所以現在我們需要計算出 DOM 樹中可見元素的幾何位置，這個計算過程就叫做布局。布局階段有兩個過程：

• 創建布局樹
• 布局計算

創建布局樹

創建布局樹的意思就是創建一棵只包含可見元素的樹。我們來看下面一段代碼創建布局樹的過程

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <title>Document</title>
    <style>
        h1 {
            color: red;
        }

        div {
            color: blue;
        }

        div span {
            font-size: 16px;
        }

        div span:last-child {
            display: none;
        }
    </style>
</head>
<body>
    <h1>掘金</h1>
    <div>
        <span>瀏覽器</span>
        <span>渲染原理</span>
        構建DOM樹
    </div>
</body>
</html>
復制代碼

構建布局樹的過程中， DOM 樹中所有不可見的節點都不會包含在這棵樹中。瀏覽器會遍歷 DOM 樹中所有能看見的節點，然后把這些節點加入到布局中；不可見的節點就會被忽略， head 標簽下面的內容、 div 下最后一個 span 節點都不會在布局樹中，我們看一下這個過程圖感受一下～

布局計算

布局計算就是計算布局樹節點的坐標位置。這個計算過程極為復雜。

分層

渲染引擎會為特定的節點生成專用的圖層，并生成一棵對應的圖層樹。這樣做是因為頁面中可能含有很多復雜的效果，我們可以打開控制臺看一下頁面的分層情況

我們可以看到，渲染引擎給頁面分了很多圖層，這些圖層會按照一定順序疊加在一起，形成最終的頁面

那么圖層的來源有哪些？

1、擁有層疊上下文屬性的元素會被提升為單獨的一層

層疊上下文可以使能夠使 HTML 元素具有三維的概念，這些 HTML 元素按照自身屬性的優先級分布在垂直于這個二維平面的 z 軸上。哪些元素具有層疊上下文屬性？

2、需要剪裁的地方會被創建為圖層

當我們創建一個有寬度和高度的 div 時，里面的文字內容可能會超出這個區域，這時候渲染引擎會把裁剪文字內容的一部分用于顯示在 div 區域，例如

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>Document</title>
    <style>
        div {
            width: 100px;
            height: 100px;
            background: yellow;
            overflow: auto;
        }
    </style>
</head>
<body>
    <div>
        我們經常寫`HTML`、`CSS`和`JavaScript`，寫好這些之后，我們就會在瀏覽器中看到頁面，那瀏覽器究竟在這背后做了一些什么事情呢？本篇文章將揭曉答案！

        了解瀏覽器的渲染原理是我們在通往更深層次的前端開發中不可缺少的，它可以讓我們從更深層次、角度去考慮性能優化等～
    </div>
</body>
</html>
復制代碼

運行結果

我們再打開控制臺的 layers 看一下效果

可以看到渲染引擎為文字部分單獨創建了一個圖層。

在布局樹中的節點如果擁有對應的圖層，這個節點就是一個圖層，如果沒有，這個節點就屬于父節點的圖層，如下圖：

圖層繪制

創建好圖層樹后，渲染引擎會繪制圖層樹中的每個圖層。渲染引擎會將圖層繪制分解為很多小的繪制指令，然后將這些指令按照順序組成待繪制列表，我們可以打開控制臺的 layers ，選擇 document 層，看一下效果

柵格化操作

柵格化就是將圖塊轉換位位圖，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，所有圖塊的柵格化都是在線程池內執行的。

圖層繪制列表準備好之后，主線程會把這個繪制列表提交給合成線程，繪制操作由渲染引擎中的合成線程來完成。

合成線程將圖層劃分為圖塊，然后合成線程會按照視口（可見區域）附近的圖塊優先生成位圖。

合成與顯示

所有的圖塊都被光柵化后，合成線程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 viz 組件用來接收 DrawQuad 命令，將其頁面內容繪制到內存中，最后將內存顯示到屏幕。這個時候，我們就看到了頁面

完善渲染流水線示意圖

根據上文中描述，我們可以畫出這樣一張圖

我還在網上找到了另外一張圖

這兩張圖都是描述瀏覽器的渲染流程的。