从输入URL到页面展示发生了什么(下)-渲染阶段

这是我参与更文挑战的第6天，活动详情查看：更文挑战

本文已参与周末学习计划，点击查看详情

先放一张总结图

浏览器.png

导航阶段完成后就是渲染阶段了，也是接收到数据，解析完成并生成页面的过程。

渲染流水线

流水线可分为如下几个子阶段：构建 DOM 树、样式计算、布局阶段、分层、绘制、分块、光栅化和合成

重点关注：

开始每个子阶段都有其输入的内容；
然后每个子阶段有其处理过程；
最终每个子阶段会生成输出内容。

1.构建DOM树

为什么要构建 DOM 树呢？

这是因为浏览器无法直接理解和使用 HTML，所以需要将 HTML 转换为浏览器能够理解的结构——DOM 树。

树这种结构非常像我们现实生活中的“树”，其中每个点我们称为节点，相连的节点称为父子节点。树结构在浏览器中的应用还是比较多的，比如下面我们要介绍的渲染流程，就在频繁地使用树结构。

从图中可以看出，构建 DOM 树的输入内容是一个非常简单的 HTML 文件，然后经由 HTML 解析器解析，最终输出树状结构的 DOM。

在控制台输入document就可以看到DOM结构，可以看到DOM和HTML内容几乎是一样的，但是和HTML不同的是，DOM是保存在内存中树状结构，可以通过JavaScript来查询或修改内容。

2.样式计算

样式计算的目的是为了计算出 DOM 节点中每个元素的具体样式，可以分为三步完成。

把CSS转换成浏览器能理解的结构。

CSS的样式来源有三种：
- 通过 link 引用的外部 CSS 文件 <link href="https://juejin.cn/post/normalize.css" rel="stylesheet">
- <style> 标记内的 CSS <style>你的css代码</style>
- 元素的 style 属性内嵌的 CSS <div style="background:#fff"></div>
  
  和 HTML 文件一样，浏览器也是无法直接理解这些纯文本的 CSS 样式，所以当渲染引擎接收到 CSS 文本时，会执行一个转换操作，将 CSS 文本转换为浏览器可以理解的结构——styleSheets。
  
  在chrome控制台输入document.styleSheets,就可以看到如下图所示结构
```
 <div align='center'>styleSheets</div>
复制代码
```
转换样式表中的属性值，使其标准化

现在我们已经把现有的 CSS 文本转化为浏览器可以理解的结构了，那么接下来就要对其进行属性值的标准化操作。

比如以下的CSS文本
```
body { font-size: 2em }
p {color:blue;}
span {display: none}
div {font-weight: bold}
div p {color:green;}
div {color:red; }
复制代码
```
可以看到上面的 CSS 文本中有很多属性值，如 2em、blue、bold，这些类型数值不容易被渲染引擎理解，所以需要将所有值转换为渲染引擎容易理解的、标准化的计算值，这个过程就是属性值标准化。

标准化后是什么样子？

2em 被解析成了 32px，red 被解析成了 rgb(255,0,0)，bold 被解析成了 700……

em单位为一个相对的度量单位，它通过寻找父标签的font-size。然后通过计算得出自身的font-size。font-size是几em就是父标签的font-size的几倍。利用em单位设置便签的width或者height等属性原理也一样。
计算出DOM树中每个节点的具体样式

样式的属性已被标准化了，接下来就需要计算 DOM 树中每个节点的样式属性了，如何计算呢？

这就涉及到 CSS 的继承规则和层叠规则了。

首先是 CSS 继承。CSS 继承就是每个 DOM 节点都包含有父节点的样式。

比如以下的CSS文本：
```
body { font-size: 20px }
p {color:blue;}
span {display: none}
div {font-weight: bold;color:red}
div p {color:green;}
复制代码
```
最终应用到DOM节点的效果如下图所示：

从图中可以看出，所有子节点都继承了父节点样式。比如 body 节点的 font-size 属性是 20，那 body 节点下面的所有节点的 font-size 都等于 20。

再举个例子浏览器对着元素右键检查：

特别提下 UserAgent 样式，它是浏览器提供的一组默认样式，如果你不提供任何样式，默认使用的就是 UserAgent 样式。

层叠是 CSS 的一个基本特征，它是一个定义了如何合并来自多个源的属性值的算法。它在 CSS 处于核心地位，CSS 的全称“层叠样式表”正是强调了这一点。

样式计算阶段的目的是为了计算出 DOM 节点中每个元素的具体样式，在计算过程中需要遵守 CSS 的继承和层叠两个规则。这个阶段最终输出的内容是每个 DOM 节点的样式，并被保存在 ComputedStyle 的结构内。

如果你想了解每个 DOM 元素最终的计算样式，可以打开 Chrome 的“开发者工具”，选择第一个“element”标签，然后再选择“Computed”子标签，如下图所示：

3.布局阶段

现在，我们有 DOM 树和 DOM 树中元素的样式，但这还不足以显示页面，因为我们还不知道 DOM 元素的几何位置信息。那么接下来就需要计算出 DOM 树中可见元素的几何位置，我们把这个计算过程叫做布局。

创建布局树

DOM树有很多不可见的元素，比如head标签，还有使用了display:none属性的元素。所以在显示之前，我们还需要额外构建一棵只包含可见元素的元素布局树。
布局计算

现在有了一棵完整的布局树，接下来就要计算布局树节点的坐标位置，布局计算过程暂时不讲。

在执行布局操作的时候，会把布局运算的结果重新写回布局树中，所以布局树既是输入内容也是输出内容.

4.分层

现在我们有了布局树，而且每个元素的具体位置信息都计算出来了，那么接下来是不是就要开始着手绘制页面了？答案依然是否定的。

因为页面中有很多复杂的效果，如一些复杂的 3D 变换、页面滚动，或者使用 z-index做 z 轴排序等，为了更加方便地实现这些效果，渲染引擎还需要为特定的节点生成专用的图层，并生成一棵对应的图层树（LayerTree）。如果你熟悉 PS，相信你会很容易理解图层的概念，正是这些图层叠加在一起构成了最终的页面图像。

要想直观地理解什么是图层，你可以打开 Chrome 的“开发者工具”，选择“Layers”标签，就可以可视化页面的分层情况，如下图所示

可以看到这个效果就和PS图层一样，一层一层最后叠加成了最终的页面。

并不是布局树的每个节点都包含一个图层，如果一个节点没有对应的层，那么这个节点就从属于父节点的图层。如上图中的 span 标签没有专属图层，那么它们就从属于它们的父节点图层。但不管怎样，最终每一个节点都会直接或者间接地从属于一个层。

那么需要满足什么条件，渲染引擎才会为特定的节点创建新的图层呢？通常满足下面两点中任意一点的元素就可以被提升为单独的一个图层。

第一点，拥有层叠上下文属性的元素会被提升为单独的一层。页面是个二维平面，但是层叠上下文能够让 HTML 元素具有三维概念，这些 HTML 元素按照自身属性的优先级分布在垂直于这个二维平面的 z 轴上。你可以结合下图来直观感受下：

从图中可以看出，明确定位属性的元素、定义透明属性的元素、使用 CSS 滤镜的元素等，都拥有层叠上下文属性。若你想要了解更多层叠上下文的知识，你可以参考这篇文章。

第二点，需要剪裁（clip）的地方也会被创建为图层。不过首先你需要了解什么是剪裁，结合下面的 HTML 代码：

<style>
      div {
            width: 200;
            height: 200;
            overflow:auto;
            background: gray;
        } 
</style>
<body>
    <div >
        <p>所以元素有了层叠上下文的属性或者需要被剪裁，那么就会被提升成为单独一层，你可以参看下图：</p>
        <p>从上图我们可以看到，document层上有A和B层，而B层之上又有两个图层。这些图层组织在一起也是一颗树状结构。</p>
        <p>图层树是基于布局树来创建的，为了找出哪些元素需要在哪些层中，渲染引擎会遍历布局树来创建层树（Update LayerTree）。</p> 
    </div>
</body>
复制代码

显示结果