渲染程序进程的内部工作方式
这是 4 篇博客系列文章的第 3 部分，我们将介绍浏览器的工作原理。之前，我们介绍了多进程架构和导航流程。在这篇博文中，我们将了解渲染器进程内部会发生什么
渲染程序进程涉及 Web 性能的许多方面。由于渲染程序进程内部发生了很多事情，因此这篇博文仅作简要概述。如果您想深入了解，请参阅“网站开发基础”的“性能”部分，其中包含更多资源。
渲染程序进程处理 Web 内容
渲染程序进程负责在标签页中发生的一切。在渲染程序进程中，主线程会处理您发送给用户的大部分代码。如果您使用 Web Worker 或 Service Worker，则有时 JavaScript 的部分内容由工作器线程处理。合成器线程和光栅线程也在渲染器进程内运行，可高效且流畅地渲染网页。
渲染程序进程的核心任务是将 HTML、CSS 和 JavaScript 转换为用户可以与之互动的网页。
解析
DOM 构建
当渲染程序进程收到针对导航的提交消息并开始接收 HTML 数据时，主线程会开始解析文本字符串 (HTML)，并将其转变为 Document O 对象 Model (DOM)。
DOM 是浏览器对页面的内部表示形式，也是 Web 开发者可通过 JavaScript 与之交互的数据结构和 API。
将 HTML 文档解析为 DOM 的操作由 HTML 标准定义。您可能已经注意到，将 HTML 提供给浏览器绝不会抛出错误。例如，缺少结束标记 </p> 就是有效的 HTML。诸如 Hi! <b>I'm <i>Chrome</b>!</i> 之类的错误标记（b 标记在 i 标记之前关闭）将被视为您编写了 Hi! <b>I'm <i>Chrome</i></b><i>!</i>。这是因为 HTML 规范旨在妥善处理这些错误。如果您想知道如何完成这些任务，请参阅 HTML 规范的“错误处理和解析器中的奇怪情况简介”部分。
子资源加载
网站通常会使用图片、CSS 和 JavaScript 等外部资源。这些文件需要从网络或缓存加载。主线程在解析以构建 DOM 时可以在找到它们时逐个请求，但为了加快速度，会并发运行“预加载扫描器”。如果 HTML 文档中有 <img> 或 <link> 之类的内容，预加载扫描程序会查看 HTML 解析器生成的令牌，并将请求发送到浏览器进程中的网络线程。
JavaScript 可能会阻止解析
当 HTML 解析器找到 <script> 标记时，它会暂停 HTML 文档的解析，并且必须加载、解析和执行 JavaScript 代码。原因是什么？因为 JavaScript 可以使用 document.write() 之类的内容更改整个 DOM 结构之类的内容来更改文档形状（HTML 规范中的解析模型概览中有很好的示意图）。因此，HTML 解析器必须先等待 JavaScript 运行，然后才能继续解析 HTML 文档。如果您想知道在 JavaScript 执行过程中会发生什么，V8 团队会就此展开讨论和博文。
提示浏览器您希望如何加载资源
为了顺利加载资源，网络开发者可以通过多种方式向浏览器发送提示。
如果您的 JavaScript 不使用 document.write()，您可以向 <script> 标记添加 async 或 defer 属性。然后，浏览器会异步加载并运行 JavaScript 代码，而不会阻止解析。您也可以使用 JavaScript 模块（如果适用）。<link rel="preload"> 用于告知浏览器当前导航肯定需要该资源，您希望尽快下载该资源。如需了解详情，请参阅资源优先级 – 让浏览器为您提供帮助。
样式计算
拥有 DOM 并不足以知道页面的显示效果，因为我们可以在 CSS 中设置页面元素的样式。主线程解析 CSS 并确定每个 DOM 节点的计算样式。这是关于根据 CSS 选择器将哪种样式应用于每个元素的信息。您可以在开发者工具的 computed 部分查看此信息。
即使您未提供任何 CSS，每个 DOM 节点都有一个计算样式。<h1> 标记的显示区域大于 <h2> 标记，并为每个元素定义了外边距。这是因为浏览器具有默认的样式表。如果您想了解 Chrome 的默认 CSS 是什么，请点击此处查看源代码。
布局
现在，渲染程序进程知道文档的结构以及每个节点的样式，但这不足以渲染页面。假设您正尝试通过电话向朋友描述一幅画。“有一个大的红色圆圈和一个小的蓝色方块”是不够的信息，不足以让您的朋友知道这幅画究竟是什么样子。
布局是查找元素几何图形的过程。主线程会遍历 DOM 和计算出的样式，并创建布局树，其中包含 x y 坐标和边界框大小等信息。布局树的结构可能与 DOM 树类似，但它仅包含与页面上可见内容相关的信息。如果应用了 display: none，则该元素不属于布局树（然而，具有 visibility: hidden 的元素在布局树中）。同样，如果应用包含类似 p::before{content:"Hi!"} 的伪元素，它就会包含在布局树中，即使它不在 DOM 中也是如此。
确定网页的布局是一项具有挑战性的任务。即使是最简单的页面布局（例如从上到下的块流），也必须考虑字体大小和换行位置，因为它们会影响段落的大小和形状；而后又会影响下一段落的位置。
CSS 可以使元素悬浮到一侧、遮盖溢出内容以及更改书写方向。可以想象，这个布局阶段有一项繁重的任务。在 Chrome 中，有整个工程师团队负责开发布局。如果您想详细了解他们的工作，可以观看 BlinkOn Conference 的一些演讲，并且非常有意思。
颜料
拥有 DOM、样式和布局仍然不足以渲染页面。假设您正尝试复制一幅画。您已经知道元素的大小、形状和位置，但仍需判断它们的绘制顺序。
例如，系统可能会为某些元素设置 z-index，在这种情况下，按 HTML 中编写的元素的顺序进行绘制会导致呈现错误。
在此绘制步骤中，主线程会遍历布局树来创建绘制记录。绘制记录是绘制过程的备注，例如“先提供背景，然后是文本，最后是矩形”。如果您使用 JavaScript 在 <canvas> 元素上绘制了内容，那么您可能已经熟悉此过程。
更新渲染流水线的成本很高
在渲染流水线中，最重要的一点是，在每个步骤中，系统都会使用前一操作的结果创建新数据。例如，如果布局树中有一些变化，则需要为文档中受影响的部分重新生成绘制顺序。
如果您要为元素添加动画效果，浏览器必须在每一帧之间执行这些操作。我们的大多数显示屏每秒都会刷新屏幕 60 次 (60 fps)；当您在每一帧屏幕上在屏幕上移动内容时，动画将对用户来说非常流畅。但是，如果动画缺少其中帧，则页面将显得“卡顿”。
即使您的渲染操作能够与屏幕刷新保持同步，这些计算也会在主线程上运行，这意味着当应用运行 JavaScript 时，这些计算可能会被阻塞。
您可以将 JavaScript 操作分成几小块，并使用 requestAnimationFrame() 安排在每一帧运行。如需详细了解此主题，请参阅优化 JavaScript 执行。您还可以在 Web 工作器中运行 JavaScript，以避免阻塞主线程。
合成
如何绘制页面？
现在，浏览器已经了解了文档的结构、每个元素的样式、页面的几何图形以及绘制顺序，接下来该如何绘制页面呢？将这些信息转换为屏幕上的像素称为光栅化。
处理此问题的一种简单方法是光栅视口内的部分。如果用户滚动页面，则移动光栅框架，然后通过光栅化更多内容来填补缺失的部分。这就是 Chrome 在首次发布时对光栅化的处理方式。不过，现代浏览器会运行一个名为“合成”的更复杂的过程。
什么是合成
合成是一种技术，可将网页的各个部分分离成图层，分别将它们光栅化，然后在单独的线程（称为“合成器线程”）中合成为网页。如果发生滚动，由于图层已光栅化，因此只需合成新帧即可。同样，可以通过移动层和合成新帧来实现动画效果。
您可以在开发者工具中使用“Layers”面板查看网站是如何划分为多个图层的。
划分为层
为了确定哪些元素需要位于哪些层，主线程会遍历布局树来创建层树（此部分在开发者工具性能面板中称为“Update Layer Tree”）。如果网页中本应属于单独图层的某些部分（例如滑入式侧边菜单）没有出现，您可以使用 CSS 中的 will-change 属性来提示浏览器。
您可能很想为每个元素都添加层，但与每帧将页面的一小部分光栅化相比，跨过多层进行合成可能会导致操作速度缓慢，因此请务必衡量应用的渲染性能。如需详细了解此主题，请参阅坚持仅合成器的属性和管理层计数。
主线程外的光栅和合成
创建层树并确定绘制顺序后，主线程会将该信息提交到合成器线程。然后，合成器线程会光栅化每个图层。图层的大小可能相当于页面的全部长度，因此合成器线程会将它们分成多块图块，并将每个图块发送到光栅线程。光栅线程会光栅化每个图块并将它们存储在 GPU 内存中。
合成器线程可以优先处理不同的光栅线程，以便先对视口内（或附近）的内容进行光栅化。图层还具有多个针对不同分辨率的平铺处理，以处理放大操作等操作。
图块光栅化后，合成器线程会收集图块信息（称为“绘制四边形”）来创建合成器框架。
| 绘制四边形 | 包含功能块在内存中的位置，以及要在页面中的什么位置绘制功能块（考虑页面合成）等信息。 |
| 合成器框架 | 表示页面帧的绘制四边形集合。 |
然后，通过 IPC 将合成器帧提交到浏览器进程。此时，可以从界面线程（针对浏览器界面更改）或针对扩展程序的其他渲染程序进程添加另一个合成器帧。系统会将这些合成器帧发送到 GPU，以便在屏幕上显示。如果发生滚动事件，合成器线程会再创建一个合成器帧以发送到 GPU。
合成的好处是，在不涉及主线程的情况下完成。合成器线程不需要等待样式计算或 JavaScript 执行。因此，仅合成动画被认为是实现流畅性能的最佳选择。如果需要再次计算布局或绘制，则必须涉及主线程。
小结
在这篇博文中，我们了解了渲染流水线从解析到合成。希望您现在能够详细了解网站性能优化。
在本系列的下一篇博文和最后一篇博文中，我们将更详细地介绍合成器线程，并了解输入 mouse move 和 click 等用户输入时会发生什么情况。
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