浏览器渲染引擎之从入门到优化实践

在当今互联网时代，浏览器扮演着人们访问网页和应用程序的主要工具。当我们在浏览网页的时候，页面的展示和交互都是依靠浏览器进行实现的。所以浏览器的表现和性能直接影响着用户的体验。为了提供快速且高效的浏览体验，浏览器渲染引擎成为了关键技术之一。理解浏览器渲染引擎是前端开发的基础，它可以帮助我们更好地进行网站性能的优化，提高用户体验。本文将从浏览器渲染流程的角度出发，介绍浏览器渲染引擎的内部原理，并探讨一些优化实践方法，帮助大家更好地理解浏览器渲染引擎。

一、初步理解

1.1 简介

什么是浏览器渲染引擎？

浏览器渲染引擎是浏览器的一个重要组成部分，主要负责解析HTML、CSS，计算网页布局和绘制网页等任务。目前常用的浏览器渲染引擎主要有WebKit、Gecko、Blink和Trident等。

为什么要理解浏览器渲染引擎？

在网页加载和渲染的过程中，浏览器渲染引擎扮演了一个非常重要的角色。理解它如何处理和渲染网页内容，可以帮助我们更好地进行网站性能优化。同时，在开发过程中充分利用浏览器渲染引擎的优化机制，可以提高网站的性能和用户体验。

1.2 工作流程

我们先来简单了解一下浏览器渲染页面的基本流程。当我们在浏览器中输入网址并按下回车键时，浏览器开始执行以下几个关键步骤：

发起网络请求：当用户在浏览器上输入url或者点击链接时，浏览器向服务器发送HTTP请求，获取页面的HTML、CSS、JavaScript等资源文件。

解析HTML：在接收到服务器返回的HTML文件后，浏览器无法识别HTML文件，需要将HTML解析成DOM树，解析过程是一个深度遍历的过程，只有当某个节点下所有子节点都遍历完成了才会去解析下一个兄弟节点。浏览器就会使用HTML解析器最终将接收到的HTML代码解析成文档对象模型（DOM）树。

解析CSS：和HTML的解析过程同步执行，浏览器将识别所有的CSS样式信息，并构建形成CSSOM树。然后，浏览器会将DOM树和CSSOM树合并计算出渲染树（Render Tree）。

布局：主要是将渲染树遍历，将元素嵌套关系以盒子模型的形式写入文档流。这个阶段会计算出每个树节点应该占据的空间以及在视图中的位置，一些布局的样式如float、absolute、fixed造成的偏移就会在这个阶段生效。这个过程也被称为重排。

绘制：布局完成后，渲染引擎就可以绘制渲染树。渲染引擎会按照元素的层叠顺序将每一个元素的内容绘制出来，最终生成可视化的网页。

合成：由于现代网页的复杂性，有些元素会涉及到多个层级，例如很多页面的弹出窗口就是一种典型的多层元素结构。为了消除这些多余的重复绘制，渲染引擎做了一种优化处理，就是通过图层合成将渲染结果合成为一个整体，从而提高Paint速度，同时也提高了DOM的处理速度。

1.3 渲染引擎架构

现在，让我们深入了解浏览器渲染引擎的内部原理。渲染引擎是浏览器中负责渲染页面的核心组件，它由多个模块和数据结构组成，相互协作完成页面的渲染工作。

常见的渲染引擎包括WebKit和Blink。WebKit是最早的渲染引擎，它采用了模块化的架构设计，将渲染过程分为多个独立的模块，包括HTML解析器、CSS解析器、布局引擎和绘制引擎等。Blink是WebKit的一个分支，由Google开发并用于Chrome浏览器，它在WebKit的基础上进行了一些优化和改进。

一个典型的渲染引擎通常由以下几个关键组件组成：

HTML解析器（HTML Parser）：负责将接收到的HTML代码解析成DOM树。它会逐行读取HTML代码，识别并构建出文档结构，包括标签、属性、文本内容等。

CSS解析器（CSS Parser）：解析CSS样式表，将样式规则应用于DOM树上的元素，计算出每个元素最终应用的样式信息。这些样式信息将用于后续的布局和绘制过程。

布局引擎（Layout Engine）：根据DOM树和计算得到的样式信息，计算出每个元素在页面中的准确位置和尺寸。布局引擎使用盒模型和定位算法来确定元素的排列方式，包括块级布局、行内布局等。在Blink中，布局引擎被称为排版引擎。排版引擎根据DOM树和样式信息计算元素的位置和尺寸。

绘制引擎（Rendering Engine）：根据布局引擎计算得到的位置和尺寸信息，将元素绘制成像素图像。绘制引擎会遍历渲染树，按照正确的顺序绘制每个元素，并将其显示在屏幕上。

Blink相对于WebKit的一个重要改进是将JavaScript引擎独立出来，这使得Blink可以使用V8引擎，V8是一款高性能的JavaScript引擎。此外，Blink还引入了更高级的分层绘制（Layered Compositing）和多线程架构，以提高页面渲染的性能和响应能力。

总的来说，WebKit和Blink在渲染引擎的基本架构上有相似之处，都包括HTML解析器、CSS解析器、布局引擎和绘制引擎等核心组件。但Blink在继承WebKit的基础上进行了优化和改进，特别是引入了独立的JavaScript引擎、分层绘制和多线程架构等特性，使得Blink在性能和功能方面有所提升。

二、浏览器优化

初步理解了浏览器渲染引擎的原理以及工作流程之后，接下来我们讲讲如何提升页面加载速度和渲染性能，可以采取哪些优化措施？

减少HTTP请求次数：对于网站性能的优化，一个常见的策略就是减少HTTP请求的次数。因为减少HTTP请求可以减少浏览器的请求响应时间，从而提高网页的加载速度。具体来说，可以将多个CSS或者JavaScript文件合并成一个文件，并使用图像地图来代替多张图片。

优化CSS选择器：选择器的复杂性会影响网页的加载时间。优化CSS选择器可以大幅度提高网页的渲染速度。选择器越具体，渲染树的构建时间就会更长。因此，在使用CSS选择器时应尽可能地简化选择器，减小其复杂度。

避免脚本阻塞：脚本的执行会对网页的渲染速度产生影响。因此，在网页渲染完毕之前，应尽量避免异步脚本的执行，或者通过defer或async属性延迟脚本的执行。

图片优化：图片是当前网页中最重要的资源之一。通过使用合适的图片格式、大小以及压缩算法等优化图片可以大幅度提高网页的加载速度，并且减小网站的带宽和存储开销。

减小DOM树的大小：DOM树的大小会直接影响渲染速度。因此，应尽量避免向DOM树中添加过多节点，尽可能地简化节点结构，避免属性的重复以及字符串的拼接等操作。

使用缓存优化性能：缓存的使用可以大大减少网络请求次数和带宽使用量，提高网页的加载速度。可以使用HTTP缓存控制，以及使用JavaScript和CSS的缓存机制等进行缓存优化。

使用CSS3动画代替JS动画：CSS3动画具有更高的性能和更好的兼容性，可以代替大部分JS动画，提高网页的渲染速度和稳定性。

三、样式重排和重绘

当我们在进行浏览器优化的时候，不仅需要了解浏览器的工作流程，更需要了解一些在实践中常见的问题，如何识别、如何解决。其中，样式回流和重绘就是非常常见而且影响性能的问题之一。接下来，我们将深入讲解什么是样式回流和重绘，以及如何避免和优化这些问题。

3.1 定义

重排就是指重新排列，当浏览器渲染树中的元素因为尺寸、位置等发生变化而需要重新计算其在页面内的准确位置，然后重新布局。这个过程可能会影响到其他元素的位置和大小，需要重新渲染这些元素。

重绘则是指重新绘制，它主要发生在仅仅改变了元素的外观样式，由于没有影响到布局，所以浏览器并不需要重新计算元素的位置和大小，只需要重新渲染页面即可。

3.2 原因

引起样式重排的场景通常是改变了元素的几何信息（大小和位置），如：

• 添加或删除可见的DOM元素；
• 元素位置改变，或者使用动画；
• 元素的尺寸改变（外边距、内边距、边框厚度、宽高等几何属性）；
• 内容改变（例如：文本改变或图片被另一个不同尺寸的图片替代、在input框输入内容）；
• 浏览器窗口尺寸改变（resize事件发生时）；
• 页面渲染初始化（无法避免）；
• 设置style属性的值；
• 计算offsetWidth、offsetHeight、offsetTop和offsetLeft等布局信息；
• 激活CSS伪类（如 :hover）；
• 查询某些属性或调用某些方法（如：getComputedStyle()、getBoundingClientRect()）。

引起样式重绘的属性通常是更新了某些只会影响元素外观或风格的属性，并没有影响布局，如：

• 界面：appearance、outline、background、mask、box-shadow、box-reflect、filter、opacity、clip、border-radius、background-size、visibility；
• 文字：text、font、word。

3.3 如何避免

避免一条一条的修改DOM的样式，可以直接修改DOM的className。

避免把DOM节点的属性值放在一个循环里当成循环里的变量。

给动画的HTML元件使用fixed或absolute的position，那么修改他们的css是不会重排。

避免在大量元素上使用:hover。

分离读写操作。

避免使用Table布局。

避免设置多层内联样式。

避免在布局信息改变时查询布局信息。

当需要对DOM元素进行一系列的操作时，可以先使元素脱离文档流，再对其进行一些列操作，然后再把元素带回文档中。

总结

我们要明确渲染引擎只是浏览器的一个组成部分，而网页展示和交互则是通过渲染引擎进行完成的。深入理解浏览器渲染引擎的工作流程，可以帮助我们更好地进行网站性能的优化，提高用户体验。同时，在开发过程中充分利用浏览器渲染引擎的优化机制，也能够提高网站的性能和稳定性。

除了提高渲染速度，减少网络请求次数之外，还可以通过合理的缓存策略、避免脚本阻塞等方法来优化网站性能。同时，针对浏览器兼容性问题进行相应的解决，也是前端开发中必不可少的一部分。

综上所述，深入理解浏览器渲染引擎的内部原理，并结合优化实践，是提升网页性能和用户体验的关键。通过不断学习和探索，我们可以不断改进和优化我们的Web应用，为用户提供更好的浏览体验。