浏览器背后的故事

当服务器提供了资源之后（HTML，CSS，JS，图片等），浏览器会执行下面的操作：

解析 —— HTML，CSS，JS
渲染 —— 构建 DOM 树 -> 渲染 -> 布局 -> 绘制

浏览器的功能是从服务器上取回你想要的资源，然后展示在浏览器窗口当中。资源通常是 HTML 文件，也可能是 PDF，图片，或者其他类型的内容。资源的位置通过用户提供的 URI(Uniform Resource Identifier) 来确定。

浏览器解释和展示 HTML 文件的方法，在 HTML 和 CSS 的标准中有详细介绍。这些标准由 Web 标准组织 W3C(World Wide Web Consortium) 维护。

不同浏览器的用户界面大都十分接近，有很多共同的 UI 元素：

• 一个地址栏
• 后退和前进按钮
• 书签选项
• 刷新和停止按钮
• 主页按钮

浏览器高层架构

组成浏览器的组件有：

• 用户界面 用户界面包含了地址栏，前进后退按钮，书签菜单等等，除了请求页面之外所有你看到的内容都是用户界面的一部分
• 浏览器引擎 浏览器引擎负责让 UI 和渲染引擎协调工作
• 渲染引擎 渲染引擎负责展示请求内容。如果请求的内容是 HTML，渲染引擎会解析 HTML 和 CSS，然后将内容展示在屏幕上
• 网络组件 网络组件负责网络调用，例如 HTTP 请求等，使用一个平台无关接口，下层是针对不同平台的具体实现
• UI后端 UI 后端用于绘制基本 UI 组件，例如下拉列表框和窗口。UI 后端暴露一个统一的平台无关的接口，下层使用操作系统的 UI 方法实现
• Javascript 引擎 Javascript 引擎用于解析和执行 Javascript 代码
• 数据存储 数据存储组件是一个持久层。浏览器可能需要在本地存储各种各样的数据，例如 Cookie 等。浏览器也需要支持诸如 localStorage，IndexedDB，WebSQL 和 FileSystem 之类的存储机制

HTML 解析

浏览器渲染引擎从网络层取得请求的文档，一般情况下文档会分成8kB大小的分块传输。

HTML 解析器的主要工作是对 HTML 文档进行解析，生成解析树。

解析树是以 DOM 元素以及属性为节点的树。DOM是文档对象模型(Document Object Model)的缩写，它是 HTML 文档的对象表示，同时也是 HTML 元素面向外部(如Javascript)的接口。树的根部是"Document"对象。整个 DOM 和 HTML 文档几乎是一对一的关系。

解析算法
HTML不能使用常见的自顶向下或自底向上方法来进行分析。主要原因有以下几点:

• 语言本身的“宽容”特性
• HTML 本身可能是残缺的，对于常见的残缺，浏览器需要有传统的容错机制来支持它们
• 解析过程需要反复。对于其他语言来说，源码不会在解析过程中发生变化，但是对于 HTML 来说，动态代码，例如脚本元素中包含的 document.write() 方法会在源码中添加内容，也就是说，解析过程实际上会改变输入的内容

由于不能使用常用的解析技术，浏览器创造了专门用于解析 HTML 的解析器。解析算法在 HTML5 标准规范中有详细介绍，算法主要包含了两个阶段：标记化（tokenization）和树的构建。

解析结束之后
浏览器开始加载网页的外部资源（CSS，图像，Javascript 文件等）。

此时浏览器把文档标记为可交互的（interactive），浏览器开始解析处于“推迟（deferred）”模式的脚本，也就是那些需要在文档解析完毕之后再执行的脚本。之后文档的状态会变为“完成（complete）”，浏览器会触发“加载（load）”事件。

注意解析 HTML 网页时永远不会出现“无效语法（Invalid Syntax）”错误，浏览器会修复所有错误内容，然后继续解析。

CSS 解析

• 根据 CSS词法和句法 分析CSS文件和 <style> 标签包含的内容以及 style 属性的值
• 每个CSS文件都被解析成一个样式表对象（StyleSheet object），这个对象里包含了带有选择器的CSS规则，和对应CSS语法的对象
• CSS解析器可能是自顶向下的，也可能是使用解析器生成器生成的自底向上的解析器

页面渲染

• 通过遍历DOM节点树创建一个“Frame 树”或“渲染树”，并计算每个节点的各个CSS样式值
• 通过累加子节点的宽度，该节点的水平内边距(padding)、边框(border)和外边距(margin)，自底向上的计算"Frame 树"中每个节点的首选(preferred)宽度
• 通过自顶向下的给每个节点的子节点分配可行宽度，计算每个节点的实际宽度
• 通过应用文字折行、累加子节点的高度和此节点的内边距(padding)、边框(border)和外边距(margin)，自底向上的计算每个节点的高度
• 使用上面的计算结果构建每个节点的坐标
• 当存在元素使用 floated，位置有 absolutely 或 relatively 属性的时候，会有更多复杂的计算，详见http://dev.w3.org/csswg/css2/ 和 http://www.w3.org/Style/CSS/current-work
• 创建layer(层)来表示页面中的哪些部分可以成组的被绘制，而不用被重新栅格化处理。每个帧对象都被分配给一个层
• 页面上的每个层都被分配了纹理(?)
• 每个层的帧对象都会被遍历，计算机执行绘图命令绘制各个层，此过程可能由CPU执行栅格化处理，或者直接通过D2D/SkiaGL在GPU上绘制
• 上面所有步骤都可能利用到最近一次页面渲染时计算出来的各个值，这样可以减少不少计算量
• 计算出各个层的最终位置，一组命令由 Direct3D/OpenGL发出，GPU命令缓冲区清空，命令传至GPU并异步渲染，帧被送到Window Server。

GPU 渲染

• 在渲染过程中，图形处理层可能使用通用用途的 CPU，也可能使用图形处理器 GPU
• 当使用 GPU 用于图形渲染时，图形驱动软件会把任务分成多个部分，这样可以充分利用 GPU 强大的并行计算能力，用于在渲染过程中进行大量的浮点计算。

后期渲染与用户引发的处理
渲染结束后，浏览器根据某些时间机制运行JavaScript代码(比如Google Doodle动画)或与用户交互(在搜索栏输入关键字获得搜索建议)。类似Flash和Java的插件也会运行，尽管Google主页里没有。这些脚本可以触发网络请求，也可能改变网页的内容和布局，产生又一轮渲染与绘制。

扩展：Event Loop与浏览器渲染的时序问题