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渲染原理

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事件循环​

事件循环

  1. 在最开始的时候，渲染主线程会进入一个无限循环。
  2. 每一次循环会检查消息队列中是否还有任务存在。如果有，就取出第一个任务执行，执行完一个后进入下一次循环；如果没有，则进入休眠状态。
  3. 其他所有的线程（包括其他进程的线程）可以随时向消息队列中添加任务。新任务会加到消息队列的末尾，在添加新任务是，如果主线程是休眠状态，则会将其唤醒以继续循环拿取任务，这样一来，就可以让每个任务有条不紊、持续的进行下去。

消息队列优先级​

任务（task）没有优先级，在消息队列中先进先出。

但消息队列是有优先级的。

每个任务都有一个任务类型，同一个类型的任务必须在一个队列，不同类型的任务可以分属于不同的队列。在一次事件循环中，浏览器可以根据实际情况从不同的队列中取出任务去执行。

浏览器必须准备好一个微队列，微队列中的任务优先所有其他任务执行。

目前 chrome 的中至少包含以下的队列：

  • 延迟队列：用于存放计时器到达后的回调任务，优先级「中」；
  • 交互队列：用于存放用户操作后产生的事件处理任务，优先级「高」；
  • 微队列：用于存放需要最快执行的任务，优先级「最高」；

上面三种队列中的任务通常是把我们传入的回调函数包装而成的，例如 setTimeout 中的回调，会把这个回调函数包装成任务添加到队列中，当执行到该任务时就会把这个回调函数执行。

添加任务到微任务队列的主要方式主要是使用 Promise.then(fn)、MutationObserver、await xxx 语句之后的代码等。

按照 W3C 的标准，浏览器实现计时器时，如果嵌套层级超过 5 层，则会带有 4ms 的最少时间，这样在计时时间少于 4ms 时会带来偏差。

浏览器在启动后会开启多个进程，其中，最主要的进程有：

  1. 浏览器进程

    主要负责界面展示、用户交互、子进程管理等。浏览器进程内部会启动多个线程处理不同的任务。

  2. 网络进程

    负责加载网络资源。网络进程内部会启动多个线程来处理不同的网络任务。

  3. 渲染进程

    渲染进程启动后，会开启一个渲染主线程，主线程负责执行 HTML、CSS、JS 代码。
    默认情况下，浏览器会为每个标签页开启一个新的渲染进程，以保证不同的标签页之间互不影响。

整个渲染流程分为多个阶段，分别是：HTML解析、样式计算、布局、分层、绘制、分块、光栅化、画。

每个阶段都有明确的输入输出，上一个阶段的输出成为下一个阶段的输入，这样，整个渲染流程就形成了一套组织严密的生产流水线。

渲染任务

渲染原理

1. 解析 HTML（parse）​

解析过程中遇到 CSS 解析 CSS，遇到 JS 执行 JS。为了提高解析效率，浏览器在开始解析前，会启动一个预解析的线程，率先下载 HTML 中的外部 CSS 文件和外部 JS 文件。

如果主线程解析到 link 位置，此时外部的 CSS 文件还没有下载解析好，主线程不会等待，继续解析后续的 HTML。这是因为下载和解析 CSS 的工作是在预解析线程中进行的。这就是 CSS 不会阻塞 HTML 解析的根本原因。

如果主线程解析到 script 位置，会停止解析 HTML，转而等待 JS 文件下载好，并将全局代码解析执行完成后，才继续解析 HTML。这是因为 JS 代码的执行过程可能会修改当前的 DOM 树，所以 DOM 树的生成必须暂停。这就是 JS 会阻塞 HTML 解析的根本原因。

第一步完成后，会得到 DOM 和 CSSOM 树，浏览器的默认样式、内部样式、外部样式、行内样式俊辉包含在 CSSOM 树中。

2. 样式计算（style）​

主线程遍历得到的 DOM 树，依次为树中的每个节点计算出它最终的样式，称之为 Computed Style。

这一过程中，很多预置值会变成绝对值，比如 red 会变成 rgba(255, 0, 0)；相对单位会变成绝对单位，比如 em 会变成 px。

这一步完成后，会得到一棵带有样式的 DOM 树。

3. 布局（layout）​

布局阶段会依次遍历 DOM 树的每一个节点，计算每个节点的几何信息。例如节点的宽高、相对包含块的位置。

大部分时候，DOM 树和布局树并非一一对应。比如 display: none 的节点没有几何信息，因此不会生产到布局树；又比如使用了伪元素选择器，虽然 DOM 树中不存在这些伪元素节点，但它们拥有几何信息，所以会生成到布局树中。还有匿名行盒、匿名块盒等等都会导致 DOM 树和布局树无法一一对应。

4. 分层（layer）​

主线程会使用一套复杂的策略对整个布局树进行分层。

分层的好处在于，将来某一层改变后，就会对该层进行后续处理，从而提升效率。

滚动条、堆叠上下文、transform、opacity 等样式都会或多或少的影响分层结构，也可以通过 will-change 属性更大程度的影响分层结果。

在浏览器开发者面板（DevTools）的 Layers 选项卡下可以查看具体的分层结果。

5. 绘制（paint）​

主线程会为每个层单独产生绘制指令集，用于描述这一层内容该如何画出来。

6. 分块（tiling）​

绘制完成后，主线程将每个图层的绘制信息交给合成线程，剩余工作将由合成线程完成。

合成线程首先对每个图层进行分块，将其划分为更小的区域。

它会从线程池中拿多个线程来完成分块工作。

7. 光栅化（raster）​

分块完成后，进入光栅化阶段。

合成线程会将块信息交给 GPU 进程，以极高的速度完成光栅化。

GPU 进程会开启多个线程完成光栅化，并且优先处理靠近视口区的块。

光栅化的结果，就是一块一块的位图。

8. 画（draw）​

合成线程拿到每个层、每个块的位图后，生成一个个「指引（quad）」信息。

指引会标识出每个位图应该画到屏幕的哪个位置，以及会考虑到旋转、缩放等变形（transform）。

变形发生在合成线程，与渲染主线程无关，这就是 transform 效率高的本质原因。

合成线程会把 qual 提交给 GPU 进程，由 GPU 进程产生系统调用，交给 GPU 硬件，完成最终的屏幕成像。

重绘（reflow）​

reflow 的本质就是重新计算 layout 树。

当进行了会影响布局树的操作后，需要重新计算布局树，会引发 layout。

为了避免连续多次操作导致布局树反复计算，浏览器会合并这些操作，当 JS 代码全部完成后再进行统一计算。所以，改动属性造成的 reflow 是异步完成的。

浏览器在反复权衡下，最终决定获取属性立即 reflow（同步完成）。

重绘（repaint）​

repaint 的本质就是重新根据分层信息计算了绘制指令。

当改动了可见样式后，就需要重新计算，会引发 repaint。

由于元素的布局信息也属于可见样式，所以 reflow 一定会引起 repaint。

为什么 transform 的效率高？​

因为 transform 几不会影响布局也不会影响绘制指令，它影响的只是渲染流程的最后一个 draw 阶段、

由于 draw 阶段在合成线程中，所以 transform 的变化几乎不会影响渲染主线程。反之，渲染主线程无论如何忙碌，也不会影响 transform 的变化。