Q. 브라우저 작동 원리

이다은·2021년 8월 13일

REACT-생각해보기

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코어 자바스크립트 책을 읽고 정리하였습니다.

브라우저가 HTML, CSS, JS로 작성된 텍스트 문서를 어떻게 파싱해서 렌더링 하는지 알아보자

🔄 브라우저의 렌더링 과정

- 전체적인 과정을 아래의 1~4와 같이 진행된다. 하나씩 자세히 알아보자!

브라우저는 HTML, CSS, JS, 이미지, 폰트 등 렌더링에 필요한 리소스를 요청하고 서버로부터 응답을 받는다.
브라우저의 렌더링 엔진은 서버로부터 응답된 HTML과 CSS를 파싱하여 DOM과 CSSOM을 생성하고 이들을 결합하여 렌더 트리를 생성한다.
브라우저의 자바스크립트 엔진은 서버로부터 응답된 자바스크립트를 파싱하여 AST(Abstract Syntax Tree)를 생성하고 바이트 코드로 변환하여 실행한다. 이때 자바스크립트는 DOM API를 통해 DOM이나 CSSOM을 변경할 수 있다. 변경된 DOM과 CSSOM은 다시 렌더 트리로 결합된다.
렌더 트리를 기반으로 HTML 요소의 레이아웃(위치와 크기)을 계산하고 브라우저 화면에 HTML 요소를 페인팅한다.

🌈 1. 요청과 응답

브라우저의 핵심 기능은 필요한 리소스(HTML,CSS,JS,이미지,폰트 등)를 서버에 요청하고 서버로부터 응답받아서 브라우저에 시각적으로 렌더링하는 것
서버에 요청을 전송하기 위해 브라우저는 주소창을 제공한다
브라우저의 주소창에 URL을 입력하고 엔터키를 누르면 URL의 호스트 이름이 DNS를 통해 IP 주소로 변환되고, 이 IP 주소를 갖는 서버에게 요청을 전송한다.

URI:https://www.mydomain.com:80/docs/search?category=js&lang=ko#intro
- URL: https://www.mydomain.com:80/docs/search
- Scheme(Protocol): https
- Host(Domain): www.mydomain.com
- Port: 80
- Path: /docs/search
- Query: category=js&lang=ko
- Fragment: #intro

📕 2-1. HTML 파싱과 DOM 생성

브라우저의 요청에 의해 서버가 응답한 HTML 문서는 문자열로 이루어진 순수한 텍스트다.
순수한 텍스트인 HTML 문서를 브라우저에 시각적인 픽셀로 렌더링하려면 HTML 문서를 브라우저가 이해할 수 있는 자료구조(객체)로 변환하여 메모리에 저장해야 한다.

바이트 ➡ 문자 ➡ 토큰 ➡ 노드 ➡ DOM

서버에 존재하던 HTML 파일이 브라우저에 의해 응답된다. 이때 서버는 브라우저가 요청한 HTML 파일을 읽어 들여 메모리에 저장한 다음 메모리에 저장된 바이트(2진수)를 인터넷을 경유하여 응답한다. 브라우저는 서버가 응답한 HTML 문서를 바이트(2진수) 형태로 응답받는다.

응답된 바이트는 형태의 HTML 문서는 meta 태그의 charset 어트리뷰트에 지정된 인코딩 방식을 기준으로 문자열에 반환된다.
문자열로 반환된 HTML 문서를 읽어, 문법적으로 의미를 같는 코드의 최소 단위인 토큰들로 분해한다.
각 토큰들을 객체로 반환하여 노드들을 생성한다. 토큰의 내용에 따라 문서 노드, 요소 노드, 어트리뷰트 노드, 텍스트 노드가 생선된다. 노드는 이후 DOM을 구성하는 기본 요소가 된다.
HTML 문서는 HTML 요소들의 집합으로 이루어지며, HTML 요소는 중첩 관계를 갖는다. 모든 노드들은 트리 자료구조로 구성된다. 이 노드들로 구성된 트리 자료 구조를 DOM 이라 부른다.

➡ 즉, DOM은 HTML 문서를 파싱한 결과물이다.

📒 2-2. CSS 파싱과 CSSOM 생성

렌더링 엔진은 HTML을 처음부터 한 줄씩 순차적으로 파싱하여 DOM을 생성해 나가다가, CSS를 로드하는 link 태그나 style 태그를 만나면 DOM 생성을 일시 중단한다.
link 태그의 href 어트리뷰트에 지정된 CSS 파일을 서버에 요청하여 로드한 CSS 파일이나 style 태그 내의 CSS를 HTML과 동일한 파싱 과정(바이트 ➡ 문자 ➡ 토큰 ➡ 노드 ➡ DOM)을 거치며 해석하여 CSSOM 파일을 생성한다.
이후 CSS 파싱을 완료하면 HTML 파싱이 중단된 시점부터 다시 HTML을 파싱하기 시작하여 DOM 생성을 재개한다.

📗 2-3. 렌더 트리 생성

렌더 트리 : 렌더링을 위한 트리 구조의 자료구조
브라우저 화면에 렌더링 되지 않는 노드(ex. meta, script 태그)와 CSS에 의해 비표시(ex. display:none) 되는 노드들은 포함되지 않는다.
➡ 즉 렌더 트리는 화면에 렌더링 되는 노드만으로 구성된다.
완성된 렌더 트리는 각 HTML 요소의 레이아웃(위치와 크기)을 계산하는 데 사용되며, 브라우저 화면에 픽셀을 렌더링하는 페인팅 처리에 입력된다.

💥 3. 자바스크립트 파싱과 실행

HTML 문서를 파싱한 결과물로서 생성된 DOM은 HTML 문서의 구조와 정보뿐만 아니라 HTML 요소와 스타일 등을 변경할 수 있는 프로그래밍 인터페이스로서 DOM API를 제공한다.
자바스크립트 코드에서 DOM API를 사용하면 이미 생성된 DOM을 동적으로 조작할 수 있다.
자바스크립트 파일을 로드하는 script 태그나, 자바스크립트 코드를 콘텐츠로 담은 script 태그를 만나면 DOM 생성을 일시 중단한다.
그리고 script 태그의 src 어트리뷰트에 정의된 자바스크립트 파일을 서버에 요청하여 로드한 자바스크립트 파일이나, script 태그 내의 자바스크립트 코드를 파싱하기 위해 자바스크립트 엔진에 제어권을 넘긴다.
이후 자바스크립트 파싱과 실행이 종료되면 렌더링 엔진으로 다시 제어권을 넘겨 HTML 파싱이 중단된 지점부터 다시 HTML을 파싱을 시작하여 DOM 생성을 재개한다.

🎨 4. 리플로우와 리페인트

일반적인 브라우저 렌더링 과정
1. DOM/CSSOM Tree (생성)
2. Render Tree (생성)
3. Layout (위치, 크기계산)
4. Paint (색칠)
5. Composite (조합)
아래의 경우 반복해서 레이아웃 계산과 페인팅이 재차 실행된다.
- 자바스크립트에 의한 노드 추가 또는 삭제
- 브라우저 창의 리사이징에 의한 뷰포트 크기 변경
- HTML 요소의 레이아웃(위치, 크기)에 변경을 발생시키는 스타일 변경
📌 리플로우(Reflow) : 레이아웃 계산을 다시 하는 것
노드 추가/삭제, 요소의 크기/위치 변경, 윈도우 리사이징 등 레이아웃에 영향을 주는 변경이 발생한 경우에 실행됨 (ex. width/height 값 변경)
📌 리페인트(Repaint) : 재결합된 렌더 트리를 기반으로 다시 페인트를 하는 것
리플로우, 리페인트가 반드시 순차적으로 동시에 실행되는게 아니다.
레이아웃에 영향이 없는 변경을 리페인트만 실행된다.
(ex. color, background-color 변경 시 Repaint만 실행됨)
(참고) 리플로우, 리페인트를 피하려면? ➡ GPU 도움받기 ➡ transform, opacity 속성을 변경

🔎 자바스크립트 파싱에 의한 HTML 파싱 중단

렌더링 엔진과 자바스크립트 엔진은 직렬적으로 파싱을 수행한다.
script 태그의 위치에 따라 HTML 파싱이 블로킹되어 DOM 생성이 지연될 수 있어서, script 태그의 위치는 중요한 의미를 갖게된다.
자바스크립트를 body 요소의 가장 아래 위치시키면 좋은 점
1. DOM이 완성되지 않은 상태에서 자바스크립트가 DOM을 조적하면 에러가 발생할 수 있으므로 하단에 위치하면 에러 상황을 피할 수 있다.
2. 자바스크립트 로딩/파싱/실행으로 인해 HTML 요소들의 렌더링에 지장받는 일이 발생하지 않아 페이지 로딩 시작이 단축된다.

🔎 script 태그 > async/defer 어트리뷰트

위에 작성한 자바스크립트 파싱에 의한 DOM 생성이 중단되는 문제를 근본적으로 해결하기 위해 HTML5부터 script 태그에 async, defer 어트리뷰트가 추가되었다.

📌 async : 자바스크립트의 파싱과 실행은 파일의 로드가 완료된 직후에 진행되며, 이때 HTML 파싱이 중단된다. 여러개의 script 태그에 async 어트리뷰트를 지정하면 script 태그의 순서와 상관없이 로드가 완료된 자바스크립트부터 먼저 실행되므로 순서가 보장되지 않는다.
📌 defer : 자바스크립트의 파싱과 실행은 HTML 파싱이 완료된 직후, 즉 DOM 생성이 완료된 직후(DOMContentLoaded) 진행된다. 따라서 DOM 생성이 완료된 이후 실행되어야 할 자바스크립에 유용하다.

➡ async/defer 를 사용하면 HTML 파싱과 외부 자바스크립트 파일의 로드가 비동기적으로 진행된다. async/defer 차이점은 실행 시점!