作为前端开发，我们的日常工作中除了编码以外，几乎大多数时间都在跟浏览器打交道。所以我们更加要吃透浏览器，掌握它到底是怎样将我们编写的代码渲染到页面中的。
所以，今天我主要结合浏览器的内部工作原理，深入剖析下浏览器中页面的渲染过程。
第 6 讲我们介绍了一个 HTTP 请求在浏览器中的请求过程，该过程将浏览器作为单独的对象，描述客户端和服务端之间的通信过程。那么，当我们在浏览器的地址栏中输入 URL，按下回车键，到页面在浏览器中渲染完成，这个过程中浏览器的内部发生了什么了呢？
为了了解这个过程，首先我们要了解浏览器的内部结构。
浏览器的内部结构
从结构上来说，浏览器主要包括了八个子系统：用户界面、浏览器引擎、渲染引擎、网络子系统、JavaScript 解释器、XML 解析器、显示后端、数据持久性子系统。
这些子系统组合构成了我们的浏览器。页面的加载和渲染过程，离不开网络子系统、渲染引擎、JavaScript 解释器和浏览器引擎。
以前端开发最常使用的 Chrome 浏览器为例， Chrome 浏览器是使用多进程架构的方式来管理这些子系统。
Chrome 多进程架构
Chrome 浏览器采用的多进程架构，主要包括四个进程：
- 浏览器进程：选项卡之外的所有内容都由浏览器进程处理，浏览器进程则主要用于控制和处理用户可见的 UI 部分（包括地址栏，书签，后退和前进按钮）和用户不可见的隐藏部分（例如网络请求和文件访问）。
- GPU 进程：该进程用于完成图像处理任务，同时还支持分解成多个进程进行处理。
- 渲染器进程：Chrome 浏览器中支持多个选项卡，其中每个选项卡在单独的渲染器进程中运行，渲染器进程主要用于控制和处理选项卡中的网站内容显示。
- 插件进程：管理 Chrome 浏览器中的各个插件。
对于 “在浏览器的地址栏中输入 URL，按下回车键，到浏览器渲染页面” 这个过程，浏览器内部会通过浏览器进程和渲染器进程，进行很多交互逻辑，最终才得以将页面内容显示在屏幕上。
其中，浏览器进程和渲染器进程同样支持多线程，包括以下这些线程。
这些线程其实并不陌生，在前面介绍的内容中有提到，比如：
- 在页面的加载过程中，涉及 GUI 渲染线程与 JavaScript 引擎线程间的互斥关系，因此页面中的
<script>和<style>元素设计不合理会影响页面加载速度； - 在 UI 线程、网络线程、存储线程、浏览器事件触发线程、浏览器定时器触发线程中，I/O 事件通过异步任务完成时触发的函数回调，解决了单线程的 Javascript 阻塞问题。
下面我们再来看下 Chrome 浏览器中页面的渲染过程，包括浏览器进程和线程如何通信来显示页面。
浏览器中页面的渲染过程
首先我们将浏览器中页面的渲染过程分为两部分。
- 页面导航：用户输入 URL，浏览器进程进行请求和准备处理。
- 页面渲染：获取到相关资源后，渲染器进程负责选项卡内部的渲染处理。
1. 页面导航过程
当用户在地址栏中输入内容时，浏览器内部会进行以下处理。
- 首先浏览器进程的 UI 线程会进行处理：如果是 URI，则会发起网络请求来获取网站内容；如果不是，则进入搜索引擎。
- 如果需要发起网络请求，请求过程由网络线程来完成。HTTP 请求响应如果是 HTML 文件，则将数据传递到渲染器进程；如果是其他文件则意味着这是下载请求，此时会将数据传递到下载管理器。
- 如果请求响应为 HTML 内容，此时浏览器应导航到请求站点，网络线程便通知 UI 线程数据准备就绪。
- 接下来，UI 线程会寻找一个渲染器进程来进行网页渲染。当数据和渲染器进程都准备好后，HTML 数据通过 IPC 从浏览器进程传递到渲染器进程中。
- 渲染器进程接收 HTML 数据后，将开始加载资源并渲染页面。
- 渲染器进程完成渲染后，通过 IPC 通知浏览器进程页面已加载。
以上是用户在地址栏输入网站地址，到页面开始渲染的整体过程。为了方便理解，我帮你梳理了一个流程图：
如果当前页面跳转到其他网站，浏览器将调用一个单独的渲染进程来处理新导航，同时保留当前渲染进程来处理像unload这类事件。
在上面的过程中可以看到，页面导航主要依赖浏览器进程。其中，上述过程中的步骤 5 便是页面的渲染部分，该过程同样依赖渲染器进程，我们一起来看看。
2. 页面渲染过程
前面说过，渲染器进程负责选项卡内部发生的所有事情，它的核心工作是将 HTML、CSS 和 JavaScript 转换为可交互的页面。
整体上，渲染器进程渲染页面的流程基本如下。
- 解析 (Parser)：解析 HTML/CSS/JavaScript 代码。
- 布局 (Layout)：定位坐标和大小、是否换行、各种
position/overflow/z-index属性等计算。 - 绘制 (Paint)：判断元素渲染层级顺序。
- 光栅化 (Raster)：将计算后的信息转换为屏幕上的像素。
大致流程如下图：
我们来分别看下。
1. 解析。
渲染器进程的主线程会解析以下内容：
- 解析 HTML 内容，产生一个 DOM 节点树；
- 解析 CSS，产生 CSS 规则树；
- 解析 Javascript 脚本，由于 Javascript 脚本可以通过 DOM API 和 CSSOM API 来操作 DOM 节点树和 CSS 规则树，因此该过程中会等待 JavaScript 运行完成才继续解析 HTML。
解析完成后，我们得到了 DOM 节点树和 CSS 规则树，布局过程便是通过 DOM 节点树和 CSS 规则树来构造渲染树（Render Tree）。
2. 布局。
通过解析之后，渲染器进程知道每个节点的结构和样式，但如果需要渲染页面，浏览器还需要进行布局，布局过程便是我们常说的渲染树的创建过程。
在这个过程中，像header或display:none的元素，它们会存在 DOM 节点树中，但不会被添加到渲染树里。
布局完成后，将会进入绘制环节。
3. 绘制
在绘制步骤中，渲染器主线程会遍历渲染树来创建绘制记录。
需要注意的是，如果渲染树发生了改变，则渲染器会触发重绘（Repaint）和重排（Reflow）。
- 重绘：屏幕的一部分要重画，比如某个 CSS 的背景色变了，但是元素的几何尺寸没有变。
- 重排：元素的几何尺寸变了（渲染树的一部分或全部发生了变化），需要重新验证并计算渲染树。
为了不对每个小的变化都进行完整的布局计算，渲染器会将更改的元素和它的子元素进行脏位标记，表示该元素需要重新布局。其中，全局样式更改会触发全局布局，部分样式或元素更改会触发增量布局，增量布局是异步完成的，全局布局则会同步触发。
重排需要涉及变更的所有的结点几何尺寸和位置，成本比重绘的成本高得多的多。所以我们要注意以避免频繁地进行增加、删除、修改 DOM 结点、移动 DOM 的位置、Resize 窗口、滚动等操作，因为这些操作可能会导致性能降低。
4. 光栅化
通过解析、布局和绘制过程，浏览器获得了文档的结构、每个元素的样式、绘制顺序等信息。将这些信息转换为屏幕上的像素，这个过程被称为光栅化。
光栅化可以被 GPU 加速，光栅化后的位图会被存储在 GPU 内存中。根据前面介绍的渲染流程，当页面布局变更了会触发重排和重绘，还需要重新进行光栅化。此时如果页面中有动画，则主线程中过多的计算任务很可能会影响动画的性能。
因此，现代的浏览器通常使用合成的方式，将页面的各个部分分成若干层，分别对其进行栅格化（将它们分割成了不同的瓦片），并通过合成器线程进行页面的合成。
合成过程如下：
- 当主线程创建了合成层并确定了绘制顺序，便将这些信息提交给合成线程；
- 合成器线程将每个图层栅格化，然后将每个图块发送给光栅线程；
- 光栅线程栅格化每个瓦片，并将它们存储在 GPU 内存中；
- 合成器线程通过 IPC 提交给浏览器进程，这些合成器帧被发送到 GPU 进程处理，并显示在屏幕上。
合成的真正目的是，在移动合成层的时候不用重新光栅化。因为有了合成器线程，页面才可以独立于主线程进行流畅的滚动。
到这里，页面才真正渲染到屏幕上。
我们在绘制页面的时候，也可能会遇到很多奇怪的渲染问题，比如使用了transform:scale可能会导致某些浏览器中渲染模糊，究其原因则是由于光栅化过程导致的。像前面所说，前端开发需要频繁跟浏览器打交道，所谓知己知彼百战不殆，我们应该对其运行过程有更好的了解。
小结
今天我主要介绍了浏览器的组成，可分为用户界面、浏览器引擎、渲染引擎、网络子系统、JavaScript 解释器、XML 解析器、显示后端、数据持久性子系统八个子系统，并以 Chrome 浏览器为例，从浏览器内部分工角度来介绍页面的渲染过程。
掌握页面的渲染过程，有利于我们进行一些性能优化，尤其如果涉及动画、游戏等频繁绘制的场景，渲染性能往往是需要不断进行优化的瓶颈。
今日小作业：
- 你认为 Chrome 浏览器中，为什么每个选项卡都在单独的渲染器进程中运行呢？
- 如何检测页面是否无响应呢？
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