38장 브라우저의 렌더링 과정

현 ·2024년 12월 18일

🔵 내용요약

node.js 등장으로 자바스크립트는 웹 브라우저를 벗어나 서버사이드 애플리케이션 개발에서도 사용할수 있는 범용 개발 언어가 되었다.대부분의 프로그래밍 언어는 운영체제나 가상머신 위에서 실행되지만 자바스크립트는 브라우저에서. HTML, CSS와 함께 실행된다.

HTML, CSS, 자바스크립트로 작성된 텍스트 문서를 어떻게 해석하여 브라우저에 렌더링 할까?

렌더링에 필요한 리소스(HTML, CSS, 자바스크립트 이미지, 폰트 파일)를 요청하고 서버로 부터 응답을 받는다.
브라우저의 렌더링 엔진은 서버로부터 응답된 HTML과 CSS를 파싱(=해석)하여 DOM과 CSSOM을 생성 및 결합하여 렌더 트리를 생성한다.
브라우저의 자바스크립트 엔진은 서버로부터 응답된 자바스크립트를 파싱(=해석)하여 AST를 생성하고 바이트코드로 변환하여 실행한다. 자바스크립트는 DOM API를 통해 DOM이나 CSSOM을 변경할 수 있다.
렌더 트리를 기반으로 HTML 요소의 레이아웃(위치와 크기)를 계산하고 브라우저 화면에 HTML 요소를 페인팅한다.

요청과 응답

브라우저의 핵심 기능은 필요한 리소스를 서버에 요청하고 서버로부터 응답받아 브라우저에 시각적으로 렌더링 하는것

렌더링에 필요한 리소스는 모두 서버에 존재한다.
서버에 요청을 전송하기 위해서 브라우저는 주소창을 제공한다.
https://www.mydomain.com 은 https://poiemaweb.com/index.html과 같은 요청이다.
루트요청에는 명확히 리소스를 요청하는 내용이 없지만 일반적으로 서버는 루트 요청에 대해 암묵적으로 Index.html을 응답하도록 기본 설정 되어있다.
다른 정적 파일 필요시 URL 경로뒤에 파일경로를 지정해 주면된다.
반드시 브라우저의 주소창은 통해 서버에게 정적 파일만을 요청 할수 있는 것은 아니다. 자바스크립트를 통한 요청인 ajax, REST API 를 통해서도 가능하다.

index.html 뿐 아니라 css, 자바스크립트, 이미지, 포트 파일까지 응답하는 이유?

렌더링 엔진이 HTML을 파싱하는 도중에 외부 리소스를 로드하는 태그, 즉 css 파일을 로드하는 link 태그, 이미지 파일을 로드하는 img 로드하는 태그, 자바스크립트를 로드하는 script 태그등을 만나면 HTML 파싱을 일시 중단하고 해당 리소스 파일을 서버로 요청하기 때문이다.

HTTP 1.1 과 HTTP 2.0

HTTP는 웹에서 브라우저와 서버가 통신하기 위한 프로토콜이다.

HTTP 1.1

커넥션당 하나의 요청과 응답만 처리한다.

HTML 문서 내에 포함된 여러개의 리소스 요청, 즉 CSS 파일을 로드하는 script 태그 등에 의한 리소스 요청이 개별적으로 전송되고 응답 또한 개별적으로 전송된다.
리소스의 동시 전송이 불가능한 구조 이므로 요청할 리소스의 개수에 비례하여 응답 시간도 증가하는 단점이 있다.

HTTP 2.0

커넥션당 여러개의 요청과 응답만 처리한다.

여러 리소스의 동시 전송이 가능하므로 HTTP/1.1에 비해 페이지 로드 속도가 약 50% 정도 빠르다고 알려져 있다.

HTML 파싱과 DOM 생성

서버가 응답한 HTML 문서는 문자열로 이루어진 순수한 텍스트다.
브라우저에 시각적인 픽셀로 렌더링을 하려면 브라우저가 이해할 수 있는 자료구조인 객체로 변환해 메모리에 저장해야한다.

브라우저의 렌더링 엔진은 아래 과정을 통해 응답받은 HTML 문서를 파싱하여 브라우저가 이해할 수 있는 자료 구조인 DOM을 생성한다.

브라우저의 요청에 의해 서버에 존재하던 HTML 파일 응답. 이때 서버는 HTML 파일을 읽어 들여 메모리에 저장, 메모리에 저장된 바이트(2진수)를 인터넷을 경유해 응답
서버가 응답한 HTML 문서 (바이트(2진수) 형태)를 meta 태그의 charset 어트리뷰트에 의해 지정된 인코딩 방식(예: UTF-8)을 기준으로 문자열로 변환
문자열로 변환된 HTML 문서를 문법적 의미를 갖는 코드의 최소 단위인 토큰으로 분해
각 토큰들을 객체로 변환하여 노드를 생성 (노드는 이후 DOM을 구성하는 기본 요소가 된다.)
노드들을 트리 자료구조로 구성한다. (중첩관계)

바이트 -> 문자 -> 토큰 -> 노드

🚀 즉, DOM은 HTML 문서를 파싱한 결과물이다.

css파싱과 cssom 생성

렌더링 엔진은 HTML 한줄씩 순차적으로 파싱해 DOM을 생성해 나가며 CSS를 로드하는 link 태그나 style 태그를 만나면 DOM 생성을 일시 중단하고 css를 HTML과 동일한 파싱과정을 통해 cssom을 생성한다. css 파싱을 완료하면 HTML 파싱이 중단된 지점부터 다시 HTML을 파싱하기 시작하여 DOM 생성을 재개한다.

cssom은 상속관계를 반영하고 있다.
cssom은 css의 상속을 반영하여 생성된다.

body {
	  font-size:18px;
     }
ul {
 	list-style-type:none;
   }

위 예제에서 body 요소에 적용한 font-size 프로퍼티와 Ul 요소에 적용한 list-style-type 프로퍼티는 모든 li 요소에 상속된다.

렌더 트리 생성

서버로부터 응답된 HTML과 css를 파싱하여 각각 DOM과 cssom을 생성하고 렌더링을 위해 렌더트리로 결합된다.

렌더트리는 렌더링을 위한 트리 구조의 자료 구조이다.
브라우저 화면에 렌더링 되지 않는 노드와 css에 의해 비표시 되는 노드들은 포함하지 않는다. 즉, 브라우저 화면에 렌더링되는 노드만으로 구성

이후 완성된 렌더 트리는 각 HTML 요소의 레이아웃을 계산하는데 사용되며 브라우저 화면에 픽셀을 렌더링하는 페인팅 처리(브라우저 화면에 픽셀을 렌더링)에 입력된다.

레이아웃계산과 페인팅이 재차 실행되는 경우

자바스크립트에 의한 노드 추가 또는 삭제
브라우저 창의 리사이징에 의한 뷰포트 크기 변경
HTML 요소의 레이아웃(위치, 크기)에 변경을 발생시키는 width/height, margin, padding, border,display 등의 스타일 변경

레이아웃 계산과 페인팅을 다시 실행하는 리렌더링은 성능에 악영향을 주는 작업이다.

자바스크립트 파싱과 실행

HTML 문서를 파싱한 결과물 생성된 DOM은
문서 구조, 정보, HTML 요소와 스타일 등을 변경할수 있는 DOM API 를 제공한다.
자바스크립트 코드에서 DOM API를 사용하면 이미 생성된 DOM을 동적으로 조작할수 있따.

css파싱과 마찬가지로 렌더링 엔진은 HTML을 한줄씩 순차적으로 파싱하여 DOM을 생성해 나가다가 자바스크립트 파일을 로드하는 script 태그를 만나면 DOM 생성을 일시 중단하고 자바스크립트 엔진에 제어권을 넘긴다. 즉, 자바스크립트 파싱과 실행은 브라우저 렌더링 엔진이 아닌 자바스크립트 엔진이 처리한다.

자바스크립트 엔진은 자바스크립트 코드를 파싱하여 cpu가 이해할수 있는 저수준 언어로 변환하고 실행하는 역할을 한다.
자바스크립트 엔진은 구글 크롬, node.js의 v8, 파이어 폭스의 spiderMonkey 사파리의 javascriptCore등 다양한 종류가 있다.
렌더링 엔진은 DOM과 CSSOM을 생성
자바스크립트 엔진은 AST(추상적 구문 트리)를 생성
ast를 기반으로 인터프리터가 실행 할 수 있는 중간 코드인 바이트 코드를 생성하여 실행한다.

리플로우와 리페인트

자바스크립트 코드에 DOM과 CSSOM을 변경하는 DOM API가 사용된 경우 DOM이나 CSSOM이 변경된다.
변경 된 후 둘은 다시 렌더트리로 결합되고 변경된 렌더 트리를 기반으로 레이아웃과 페인트 과정을 거쳐 브라우저의 화면에 다시 렌더링하게 되는것을 말한다.

리플로우

레이아웃 계산을 다시하는것으로 노드 추가/삭제 요소의 크기/위치 변경

리페인트

재결합된 렌더 트리를 기반으로 다시 페인트를 하는것

리플로우와 리페인트는 순차적으로 동시에 실행되는것은 아니다.

자바스크립트 파싱에 의한 HTML 파싱 중단

렌더링 엔진과 자바스크립트 엔진은 직렬적으로 파싱 수행
이는 script 태그의 위치에 따라 HTML 파싱이 블로킹되어 DOM 생성이 지연될 수 있다는 것을 의미한다. 따라서 script 태그의 위치는 중요한 의미를 갖는다.

body 요소의 가장 아래에 자바스크립트를 위치시키기
- 이는 자바스크립트가 실행될 시점에는 이미 렌더링 엔진이 HTML 요소를 모두 파싱하여 DOM 생성을 완료한 이후가 된다.
자바스크립트가 실행되기 이전에 DOM 생성이 완료되어 렌더링 되므로 페이지 로딩 시간이 단축되는 이점도 있다.

scipt 태그의 async/defer 어트리뷰트

자바스크립트파싱에 의해 DOM생성이 중단 되는 문제를 해결하기 위해 추가됨
src 어트리뷰트가 없는 인라인 자바스크립트에는 사용할수 없다.

<script async src ='example.js'></script>
<script defer src ='example.js'></script>

둘은 실행시점에서의 차이를가진다.
HTML 파싱과 외부 자바스크립트 파일의 로드가 비동기적으로 동시에 진행된다.

async는

자바스크립트의 파싱과 실행은 자바스크립트 파일의 로드가 완료된 직후 진행되며 이때 HTML 파싱이 중단된다.

defer

자바스크립트의 파싱과 실행은 HTML 파싱이 완료된 직후, 즉 DOM 생성이 완료된 직후 진행된다.

🔵 느낀점

개발자-네트워크에서 이미지 파일 등 여러가지 파일들이 로딩되는 한꺼번에 순서 없이 불러와짐에 대한 궁금증을 해소 할 수 있었던 장이였다. 렌더링엔징과 자바스크립트엔징이 각각 역할을 하며 직렬적으로 데이터를 로딩해오는 것에 대한 개념도 알고 갈 수 있어 좋았다.

현

묵묵하게 나아가기

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