JS 浏览器渲染原理 - 从解析 HTML 到 Composite 层的完整流程
本文深入剖析了JS浏览器渲染原理,从HTML解析到最终Composite层合成的完整流程。浏览器将HTML、CSS和JavaScript代码转化为屏幕像素,历经解析、构建DOM/CSSOM、生成渲染树、布局、绘制及合成等关键阶段。JavaScript的动态修改能力虽强大,但也可能阻塞解析与渲染。文章强调了减少回流与重绘的重要性,并介绍了利用合成层实现GPU加速动画的策略,从而提升页面性能。理解DOM、CSSOM与渲染树的构建过程,以及回流与重绘的幕后原因,是前端工程师优化性能、打造流畅用户体验的基础。此外,文章还深入探讨了Composite层的作用,揭示了GPU加速与流畅动画背后的秘密,为开发者提供了实用的优化建议。
浏览器渲染的核心是将HTML、CSS和JavaScript转化为屏幕像素,经历解析、DOM/CSSOM构建、渲染树生成、布局、绘制及合成阶段。JavaScript可动态修改页面,但也可能阻塞解析与渲染。关键优化在于减少回流与重绘,利用合成层实现GPU加速动画。

浏览器渲染的核心,是将我们编写的HTML、CSS和JavaScript代码,一步步转化为屏幕上可见的像素图像。这个过程远不止我们想象的那么简单,它涉及了从最初的文件解析,到构建DOM和CSSOM,再到布局、绘制,最终通过合成器(Compositor)将所有元素高效地呈现在用户面前。JavaScript在其中扮演着关键角色,它能动态地修改页面结构和样式,直接影响甚至阻塞这些渲染步骤。理解这个流程,是前端工程师优化性能、打造流畅用户体验的基础。
解决方案
说实话,刚开始接触这些概念的时候,我也被各种“树”、“层”搞得有点晕,觉得这玩意儿挺玄乎的。但一旦拆解开来,你会发现它其实是一个相当精妙的流水线作业。整个流程大致可以分为几个关键阶段,每个阶段都有其独特的任务,并且JavaScript的介入,让这个流程变得更加动态,也更复杂。
首先,当浏览器接收到HTML文件时,它会启动HTML解析器,将原始的字节流转换为字符,然后是令牌(Tokens),最终构建出我们熟悉的DOM树(Document Object Model)。这个过程中,如果遇到标签,特别是那些没有async或defer属性的脚本,HTML解析器会暂停,转而去下载并执行JavaScript代码。这也就是为什么我们常说,阻塞性的JavaScript会延迟页面的首次渲染。
与此同时,浏览器也会处理CSS文件。CSS解析器会将CSS样式规则解析成CSSOM树(CSS Object Model)。CSSOM树与DOM树是独立的,但它们最终会结合起来。我个人觉得,CSSOM的构建是阻塞渲染的,这一点特别值得注意,因为浏览器需要完整的样式信息才能正确计算元素的最终样式,进而构建渲染树。
DOM树和CSSOM树都构建完成后,浏览器会将它们合并,形成渲染树(Render Tree),或者现在更常被称为布局树(Layout Tree)。这棵树只包含需要显示在页面上的可见元素。那些设置了display: none的元素,就不会进入渲染树,这在我看来是一个很巧妙的优化点。渲染树的每个节点都包含了元素的可见属性,比如颜色、尺寸等等。
接着是布局(Layout)阶段,也叫回流(Reflow)。在这个阶段,浏览器会根据渲染树,计算每个元素在屏幕上的精确位置和大小。这是一个递归的过程,从根节点开始,遍历所有可见元素,确定它们在视口中的几何信息。这个过程是相当耗费资源的,因为任何一个元素的尺寸或位置变化,都可能影响到其兄弟元素、父元素甚至整个文档的布局。JavaScript如果频繁地读写DOM属性(比如offsetWidth、clientHeight),会强制浏览器立即执行布局,导致所谓的“布局抖动”(Layout Thrashing),这绝对是前端性能的杀手之一。
布局完成后,就进入了绘制(Paint)阶段,也叫重绘(Repaint)。浏览器会遍历渲染树,将布局阶段计算出的所有几何信息,转化为屏幕上的实际像素。这个过程会将元素绘制到不同的“层”(Layer)上。比如,背景、边框、文本内容等都会被绘制出来。重绘的开销通常比回流小,因为它不涉及几何信息的重新计算,只是更新像素。但如果一个元素被多次重绘,累积起来的开销也可能不容小觑。
最后,也是现代浏览器渲染性能的关键所在,是合成(Compositing)阶段。绘制完成后,浏览器会将所有这些独立的层按照正确的顺序和位置堆叠起来,最终呈现在屏幕上。这个工作通常由一个独立的合成器线程(Compositor Thread)和GPU来完成。在我看来,这是浏览器渲染架构中最优雅的部分之一,因为它允许浏览器在不重新布局或绘制整个页面的情况下,高效地处理元素的移动、缩放或透明度变化,极大地提升了动画的流畅度。JavaScript通过transform、opacity等CSS属性触发的动画,往往能直接跳过布局和绘制阶段,直接进入合成阶段,从而获得更好的性能。
DOM、CSSOM 与渲染树:浏览器如何理解你的代码结构?
说起浏览器如何“理解”我们的代码,这得从它构建内部数据结构说起。这就像我们盖房子,得先有设计图纸(HTML),再有装修风格(CSS),最后才能把房子搭起来。
当浏览器拿到HTML文件,它会启动一个HTML解析器。这个解析器可不是简单地读一遍文件,它会把文件内容从字节流一步步转换成字符,再变成一个个有意义的“令牌”(Tokens),比如、、这些标签。接着,这些令牌会被组织成节点对象,最终构建出一棵树形结构,也就是DOM(Document Object Model)树。这棵树直观地反映了HTML文档的结构,每个HTML标签都对应DOM树上的一个节点。
有个细节我一直觉得很有趣:当HTML解析器遇到标签时,如果这个脚本没有async或defer属性,解析器就会停下来,去下载并执行这个JavaScript文件。直到脚本执行完毕,HTML解析才会继续。这种“暂停-执行-继续”的模式,直接影响了页面的加载速度和用户体验,因为用户可能要等脚本执行完才能看到页面内容。这也是为什么我们常把JS文件放在底部或者使用async/defer来优化加载。
与此同时,浏览器也会处理CSS文件。CSS解析器会把所有的样式规则解析成另一个树形结构,叫做CSSOM(CSS Object Model)树。这棵树描述了每个元素的样式信息,比如字体、颜色、大小等等。与DOM树不同,CSSOM树的构建是“阻塞渲染”的。这意味着浏览器必须等到所有的CSS文件都被下载并解析完毕,才能开始构建渲染树,因为任何一个元素的最终样式都可能依赖于整个CSS文件中的规则,比如继承、层叠等。
一旦DOM树和CSSOM树都准备好了,浏览器就会把它们“嫁接”起来,形成渲染树(Render Tree)。在我看来,渲染树是DOM和CSSOM的“合体”,它包含了所有可见元素及其计算后的样式。这里有个重要的点:只有那些最终会显示在页面上的元素才会进入渲染树。比如,如果你给一个 在浏览器渲染的流程里,回流(Reflow)和重绘(Repaint)绝对是两个让前端开发者又爱又恨的词。它们是页面更新的必然产物,但如果触发得不恰当或过于频繁,就会成为拖慢页面性能的“罪魁祸首”。 回流,也被称为布局(Layout),顾名思义,就是浏览器重新计算文档中元素几何属性(位置和大小)的过程。每当DOM结构发生变化、元素尺寸或位置发生改变(比如修改了 举个例子,如果你用JavaScript连续修改一个元素的样式: 这样连续操作,浏览器可能会每次修改都尝试执行回流,这叫做“布局抖动”(Layout Thrashing)。聪明的浏览器会尝试批量处理这些样式修改,但在某些情况下,比如当你读取一个元素的几何属性( 而重绘(Repaint)则相对“轻量”一些。它发生在元素的几何属性没有改变,但其外观样式发生变化时,比如修改了 那么,如何优化回流和重绘呢?这其实是前端性能优化的一个永恒话题: 在我看来,优化回流和重绘,核心思想就是“减少不必要的计算和绘制”。通过理解浏览器的工作原理,我们能更聪明地编写代码,让页面跑得更快。 如果说回流和重绘是页面性能的“日常挑战”,那么合成(Compositing)层,在我看来,就是现代浏览器在追求极致流畅用户体验上的一张“王牌”,尤其是对于复杂的动画和交互。这个阶段是整个渲染流程的终点,也是GPU发挥其强大并行计算能力的地方。 在绘制(Paint)阶段,浏览器会把页面内容绘制到不同的“层”(Layer)上。你可以把这些层想象成Photoshop里的图层,它们是独立的,可以单独移动、缩放或改变透明度,而不会影响到其他层。哪些元素会被提升到独立的层呢?通常包括: 这些独立的层,在渲染管线中被称为“合成层”(Compositing Layers)。当一个元素被提升到合成层后,它的绘制就被交给了合成器线程(Compositor Thread)来管理。这个线程会独立于主线程(负责JavaScript执行、样式计算、布局和绘制)工作。 合成器线程会把这些层的信息(包括它们的位置、大小、透明度以及指向它们像素数据的指针)发送给GPU(图形处理器)。GPU利用其并行计算能力,将这些独立的层高效地合并在一起,最终形成我们看到的屏幕图像。这个过程叫做“合成”。 为什么合成层对于性能,尤其是动画性能至关重要? 关键在于,一旦一个元素被提升到合成层,它的一些属性变化(比如 所以,当我们用CSS 当然,合成层也不是越多越好。创建过多的合成层会增加内存开销,并且在某些低端设备上,层之间的切换和管理也可能带来额外的性能负担。我有时候会看到一些开发者为了“优化”而滥用 总之,Composite层是现代浏览器实现高性能、流畅动画的秘密武器。它通过将部分渲染工作卸载到独立的合成器线程和强大的GPU上,使得页面在面对复杂交互和动画时,依然能保持出色的响应速度。理解并善用这一机制,无疑是提升前端应用用户体验的关键一步。 今天关于《JS 浏览器渲染原理 - 从解析 HTML 到 Composite 层的完整流程》的内容介绍就到此结束,如果有什么疑问或者建议,可以在golang学习网公众号下多多回复交流;文中若有不正之处,也希望回复留言以告知!display: none,那么这个visibility: hidden,元素会出现在渲染树中,只是不可见,因为它仍然占据着布局空间。理解这个差异,对优化页面性能非常关键。渲染树的构建,标志着浏览器已经初步理解了页面的结构和样式,为接下来的布局和绘制做好了准备。回流与重绘:前端性能瓶颈的幕后推手及优化策略
width、height、padding、margin、border、top、left等),或者内容发生变化(比如文本内容、图片大小),甚至只是窗口大小调整,都可能触发回流。回流的影响是连锁反应式的,一个元素的几何属性改变,可能会导致其父元素、兄弟元素,甚至整个文档的布局都需要重新计算。我个人觉得,回流是浏览器渲染过程中最耗性能的环节之一,因为它涉及了大量的计算。const element = document.getElementById('myElement');
element.style.width = '100px'; // 触发回流
element.style.height = '100px'; // 再次触发回流
element.style.margin = '10px'; // 又一次触发回流element.offsetWidth、element.clientHeight、getComputedStyle()等)后立即修改样式,浏览器就不得不立即执行回流,以确保你读取到的是最新的、准确的值。color、background-color、visibility等不影响布局的属性。重绘只是重新绘制元素的像素,不需要重新计算布局,所以它的开销通常比回流小。innerHTML一次性更新内容。transform和opacity属性。这些属性的改变通常只会触发重绘或直接进入合成阶段,而不会触发回流。position设置为absolute或fixed,使其脱离文档流。这样,它的改变就不会影响到其他元素的布局,从而减少回流的范围。操作完成后,再将其放回文档流。table布局: table元素的布局算法非常复杂,任何对table内容的修改都可能导致整个表格的回流,开销巨大。will-change属性: 这是一个CSS属性,可以提前告诉浏览器哪些元素将会发生变化,从而让浏览器进行一些优化,比如为该元素创建独立的层,从而减少回流和重绘的影响。但也要注意,滥用will-change反而可能导致性能下降。深入 Composite 层:GPU 加速与流畅动画的秘密
transform属性的元素(比如translateZ、scale等)。opacity属性的元素。will-change属性声明的元素。canvas元素。filter、mix-blend-mode)的元素。transform的translate、scale,或者opacity)就只会在合成器线程上处理,直接利用GPU进行渲染。这意味着:transform: translate(x, y)来移动元素时,通常会比修改left或top属性更流畅,因为前者可以直接在合成层上操作,而后者会触发回流和重绘。will-change,结果反而适得其反。所以,理解其原理并适度使用,才是真正的智慧。
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