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JavaScript是如何工作的:渲染引擎和優(yōu)化其性能的技巧

當你構(gòu)建 Web 應(yīng)用程序時，你不只是編寫單獨運行的 JavaScript 代碼，你編寫的 JavaScript 正在與環(huán)境進行交互。了解這種環(huán)境，它的工作原理以及它的組，這些有助于你夠構(gòu)建更好的應(yīng)用程序，并為應(yīng)用程序發(fā)布后可能出現(xiàn)的潛在問題做好充分準備。

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瀏覽器的主要組件包括：

  • 用戶界面 (User interface)： 包括地址欄、后退/前進按鈕、書簽?zāi)夸浀?，也就是你所看到的除了用來顯示你所請求頁面的主窗口之外的其他部分
  • 瀏覽器引擎 (Browser engine)： 用來查詢及操作渲染引擎的接口
  • 渲染引擎 (Rendering engine)： 用來顯示請求的內(nèi)容，例如，如果請求內(nèi)容為 html，它負責解析 html 及 css，并將解析后的結(jié)果顯示出來
  • 網(wǎng)絡(luò) (Networking)： 用來完成網(wǎng)絡(luò)調(diào)用，例如http請求，它具有平臺無關(guān)的接口，可以在不同平臺上工作
  • UI 后端 (UI backend)： 用來繪制類似組合選擇框及對話框等基本組件，具有不特定于某個平臺的通用接口，底層使用操作系統(tǒng)的用戶接口
  • JS 解釋器 (JavaScript engine)： 用來解釋執(zhí)行JS代碼
  • 數(shù)據(jù)存儲 (Data persistence)： 屬于持久層，瀏覽器需要在硬盤中保存類似 cookie 的各種數(shù)據(jù)，HTML5定義了 Web Database 技術(shù)，這是一種輕量級完整的客戶端存儲技術(shù)，支持的存儲機制類型包括 localStorage 、 indexDB 、 WebSQL 和 FileSystem 。

在這篇文章中，將重點討論渲染引擎，因為它處理 HTML 和 CSS 的解析和可視化，這是大多數(shù) JavaScript 應(yīng)用程序經(jīng)常與之交互的東西。

渲染引擎概述

渲染引擎的職責就是渲染，即在瀏覽器窗口中顯示所請求的內(nèi)容。

渲染引擎可以顯示 HTML 和 XML 文檔和圖像。如果使用其他插件，渲染引擎還可以顯示不同類型的文檔，如 PDF。

渲染引擎 (Rendering engines)

與 JavaScript 引擎類似，不同的瀏覽器也使用不同的渲染引擎。以下是一些最受歡迎的:

  • Gecko — Firefox
  • WebKit — Safari
  • Blink — Chrome，Opera (版本 15 之后)

Firefox、Chrome 和 Safari 是基于兩種渲染引擎構(gòu)建的，F(xiàn)irefox 使用 Geoko——Mozilla 自主研發(fā)的渲染引擎，Safari 和 Chrome 都使用 Webkit。Blink 是 Chrome 基于 WebKit的自主渲染引擎。

渲染的過程

渲染引擎從網(wǎng)絡(luò)層接收所請求文檔的內(nèi)容。

解析 HTML 以構(gòu)建 Dom 樹 -> 構(gòu)建 Render 樹 -> 布局 Render 樹 -> 繪制 Render 樹

構(gòu)建 Dom 樹

渲染現(xiàn)引擎的第一步是解析 HTML文檔，并將解析后的元素轉(zhuǎn)換為 DOM 樹 中的實際 DOM 節(jié)點。

假如有如下 Html 結(jié)構(gòu)

 
 
 
 
      
  
  
  
  1.  
    2.   
  
  
  
  2.    
    3.   
  
  
  
  3.      
    4.   
  
  
  
  4.      
    5.   
  
  
  
  5.    
    6.   
  
  
  
  6.    
    7.   
  
  
  
  7.     
     Hello,  friend!  
     
    8.   
  
  
  
  8.     
      
    9.   
  
  
  
  9.        
    10.   
  
  
  
  10.     
 
  •     
  •  

    • 對應(yīng)的 DOM樹如下：

    基本上，每個元素都表示為所有元素的父節(jié)點，這些元素直接包含在元素中。

    構(gòu)建 CSSOM

    CSSOM 指的是 CSS 對象模型 。 當瀏覽器構(gòu)建頁面的 DOM 時，它在 head 標簽下如遇到了一個 link 標記且引用了外部 theme.css CSS 樣式表。 瀏覽器預(yù)計可能需要該資源來呈現(xiàn)頁面，它會立即發(fā)送請求。 假設(shè) theme.css 文件內(nèi)容如下：

     
 
 
 
        
  
  
  
    1. body {  
      2.   
  
  
  
    2.   font-size: 16px; 
      3.   
  
  
  
    3. } 
      4.   
  
  
  
    4.  
      5.   
  
  
  
    5. p {  
      6.   
  
  
  
    6.   font-weight: bold;  
      7.   
  
  
  
    7. } 
      8.   
  
  
  
    8.  
      9.   
  
  
  
    9. span {  
      10.   
  
  
  
    10.   color: red;  
      11.   
  
  
  
    11. } 
      12.   
  
  
  
    12.  
      13.   
  
  
  
    13. p span {  
      14.   
  
  
  
    14.   display: none;  
      15.   
  
  
  
    15. } 
      16.   
  
  
  
    16.  
      17.   
  
  
  
    17. img {  
      18.   
  
  
  
    18.   float: right;  
      19.   
  
  
  
    19. } 
      20.

    與 HTML一樣，渲染引擎需要將 CSS 轉(zhuǎn)換成瀏覽器可以使用的東西—— CSSOM。CSSOM 結(jié)構(gòu)如下：

    你想知道為什么 CSSOM 是一個樹形結(jié)構(gòu)？ 在為頁面上的任何對象計算最終樣式集時，瀏覽器以適用于該節(jié)點的最常規(guī)規(guī)則開始（例如，如果它是 body 元素的子元素，則應(yīng)用所有 body 樣式），然后遞歸地細化，通過應(yīng)用更具體的規(guī)則來計算樣式。

    來看看具體的例子。包含在 body 元素內(nèi)的 span 標簽中的任何文本的字體大小均為 16 像素，并且為紅色。這些樣式是從 body 元素繼承而來的。 如果一個 span 元素是一個 p 元素的子元素，那么它的內(nèi)容就不會被顯示，因為它被應(yīng)用了更具體的樣式（display: none）。

    另請注意，上面的樹不是完整的 CSSOM 樹，只顯示我們決定在樣式表中覆蓋的樣式。 每個瀏覽器都提供一組默認樣式，也稱為 “user agent stylesheet” 。這是我們在未明確指定任何樣式時看到的樣式，我們的樣式會覆蓋這些默認值。

    不同瀏覽器對于相同元素的默認樣式并不一致，這也是為什么我們在 CSS 的最開始要寫 *{padding:0;marging:0}; ，也就是我們要重置CSS默認樣式的。

    構(gòu)建渲染樹

    CSSOM 樹和 DOM 樹連接在一起形成一個 render tree，渲染樹用來計算可見元素的布局并且作為將像素渲染到屏幕上的過程的輸入。

    • DOM 樹和 CSSOM 樹連接在一起形成 render tree .
    • render tree 只包含了用于渲染頁面的節(jié)點
    • 布局計算了每一個對象的準確的位置以及大小
    • 繪畫是最后一步，繪畫要求利用 render tree 來將像素顯示到屏幕上

    渲染樹中的每個節(jié)點在 Webkit 中稱為渲染器或渲染對象。

    收下是上面 DOM 和 CSSOM 樹的渲染器樹的樣子：

    為了構(gòu)建渲染樹，瀏覽器大致執(zhí)行以下操作:

    • 從 DOM 樹根節(jié)點開始，遍歷每一個可見的節(jié)點

     
 
 
 
        
  
  
  
    1. display:none 
      2.
    • 對每一個可見的節(jié)點，找到合適的匹配的CSSOM規(guī)則，并且應(yīng)用樣式
    • 顯示可見節(jié)點（節(jié)點包括內(nèi)容和被計算的樣式）

    “visibility:hidden” 和 “display：none” 之間的不同， “visibility:hidden” 將元素設(shè)置為不可見，但是同樣在布局上占領(lǐng)一定空間（例如，它會被渲染成為空盒子），但是 “display:none” 的元素是將節(jié)點從整個 render tree 中移除，所以不是布局中的一部分 。

    你可以在這里查看 RenderObject 的源代碼（在 WebKit 中）：

    https://github.com/WebKit/web...

    我們來看看這個類的一些核心內(nèi)容：

    每個渲染器代表一個矩形區(qū)域，通常對應(yīng)于一個節(jié)點的 CSS 盒模型。它包含幾何信息，例如寬度、高度和位置。

    渲染樹的布局

    創(chuàng)建渲染器并將其添加到樹中時，它沒有位置和大小，計算這些值稱為布局。

    HTML使用基于流的布局模型，這意味著大多數(shù)時間它可以一次性計算幾何圖形。坐標系統(tǒng)相對于根渲染器，使用左上原點坐標。

    布局是一個遞歸過程 - 它從根渲染器開始，它對應(yīng)于 HTML 文檔的  元素。 布局以遞歸方式繼續(xù)通過部件或整個渲染器層次結(jié)構(gòu)，為每個需要它的渲染器計算幾何信息。

    根渲染器的位置為 0,0 ，其尺寸與瀏覽器窗口的可見部分(即viewport)的大小相同。開始布局過程意味著給每個節(jié)點在屏幕上應(yīng)該出現(xiàn)的確切坐標。

    繪制渲染樹

    在此繪制，遍歷渲染器樹并調(diào)用渲染器的 paint() 方法以在屏幕上顯示內(nèi)容。

    繪圖可以是全局的或增量式的（與布局類似）：

    • 全局 — 整棵樹被重繪
    • 增量式 — 只有一些渲染器以不影響整個樹的方式改變。 渲染器使其在屏幕上的矩形無效，這會導(dǎo)致操作系統(tǒng)將其視為需要重新繪制并生成繪 paint 事件的區(qū)域。 操作系統(tǒng)通過將多個區(qū)域合并為一個來智能完成。

    總的來說，重要的中要理解繪圖是一個漸進的過程。為了更好的用戶體驗，渲染引擎將盡可能快地在屏幕上顯示內(nèi)容。它不會等到解析完所有 HTML 后才開始構(gòu)建和布局渲染樹，而是解析和顯示部分內(nèi)容，同時繼續(xù)處理來自網(wǎng)絡(luò)的其余內(nèi)容項。

    處理腳本和樣式表的順序

    當解析器到達