브라우저의 렌더링 과정

브라우저가 렌더링을 수행하는 과정

1. 브라우저는 렌더링에 필요한 리소스(HTML, CSS, JavaScript, 이미지, 폰트 등)을 서버에 요청하고, 서버로부터 응답을 받습니다.

2. 서버로부터 응답된 HTML과 CSS를 브라우저의 렌더링 엔진이 파싱하여 DOM과 CSSOM을 생성합니다. 그리고 DOM과 CSSOM을 결합하여 렌더링을 위해 렌더 트리를 생성합니다.

3. 브라우저의 자바스크립트 엔진이 서버로부터 응답된 자바스크립트를 파싱하여 AST를 생성하고 AST를 기반으로 인터프리터가 이해할 수 있는 중간 언어인 바이트 코드로 변환하고 실행합니다. 이때 DOM을 변경하는 DOM API를 사용한 경우 변경된 DOM을 다시 렌더 트리고 결합합니다.

4. 렌더 트리를 기반으로 HTML 요소의 레이아웃을 계산하고 브라우저 화면에 렌더링하는 페인팅 처리를 합니다.

파싱이란 프로그래밍 언어에 맞게 작성된 텍스트 파일을 코드의 최소 단위인 토큰 단위로 구분하고, 문법적 구조와 의미를 반영한 트리 자료구조로 만드는 일련의 과정을 말합니다.

렌더링이란 HTML, CSS, 자바스크립트를 파싱하여 브라우저 화면에 시각적으로 출력하는 것을 말합니다.

즉, 브라우저의 핵심 기능은 렌더링에 필요한 리소스를 서버에 요청하고, 서버로 부터 응답을 받아 화면에 시각적으로 출력하는 것입니다.

HTTP 1.1과 HTTP 2.0

HTTP는 브라우저와 서버가 통신하기 위한 프로토콜(규약)입니다.

HTTP 1.1은 기본적으로 커넥션당 하나의 요청과 응답만을 처리할 수 있습니다. 즉, 리소스의 동시 전송이 불가능하여, 요청할 리소스 개수에 비례하여 응답 시간도 증가합니다.

HTTP 2.0은 커넥션당 여러 개의 요청과 응답을 처리할 수 있습니다. 즉, 다중 요청/응답이 가능합니다. 여러 리소스의 동시 전송이 가능하므로 HTTP 1.0에 비해 페이지 로드 속도가 50% 정도 빠르다고 알려져 있습니다.

HTML 파싱과 DOM 생성

브라우저가 서버에게 요청한 HTML 문서는 순수한 텍스트이므로 브라우저가 이해할 수 없습니다. 그러므로 HTML 문서를 브라우저에 시각적인 픽셀로 렌더링하려면 브라우저가 이해할 수 있는 자료구조로 변환하여 메모리에 저장해야 합니다.

브라우저의 렌더링 엔진은 HTML 문서를 파싱하여 브라우저가 이해할 수 있는 자료 구조인 DOM을 생성합니다.

1. 서버가 브라우저에게 요청받은 HTML 문서를 읽어 들여 메모리에 바이트(2진수)로 저장하고, 인테넷을 경유하여 응답합니다.

2. 브라우저가 응답받은 HTML 문서는 바이트 형태로 응답을 받게 됩니다. HTML 문서에 작성된 meta 태그의 charset 어트리뷰트에 정의된 인코딩 방식(UTF-8, EUC-KR 등)으로 바이트를 문자열로 변환합니다.

3. 문자열로 변환된 HTML 문서를 문법적 의미를 갖는 코드의 최소 단위인 토큰으로 분해합니다.

4. 각 토큰들을 객체로 변환하여 노드를 생성합니다. 노드는 이후 DOM의 구성요소가 됩니다.

5. HTML 문서는 HTML 요소가 계층적으로 작성되어 있습니다. 이 계층적인 구조로 인해 요소간 부자 관계가 형성됩니다. 이 부자관계를 반영하여 각 노드들을 트리 자료구조로 생성한 것이 DOM 입니다.

즉, DOM(Document Object Model)은 HTML 문서를 파싱한 결과물입니다.

CSS 파싱과 CSSOM 생성

렌더링 엔진은 HTML문서를 한 줄씩 순차적으로 파싱하여 DOM을 생성해 나가다가 link 태그, style 태그를 만나게 되면 DOM 생성을 일시 중단하고 CSS 파일을 로드합니다.

CSS 파일도 위에서 설명한 HTML 문서의 파싱 과정(바이트 -> 문자열 -> 토큰 -> 노드 -> CSSOM)을 통해 CSSOM을 생성합니다. 이후 CSS 파일의 파싱이 완료되면 HTML 파싱이 중단된 지점부터 다시 파싱을 재개하여 DOM을 생성해 나갑니다.

렌더 트리 생성

HTML과 CSS를 파싱하여 생성된 DOM과 CSSOM을 렌더링을 위해 렌더 트리로 결합합니다.

렌더 트리는 렌더링을 위한 트리 자료구조입니다. 따라서 렌더링 되지 않는 노드나 CSS에 의해 비표시되는 노드들은 렌더 트리에 포함되지 않습니다. 즉, 렌더 트리는 렌더링되는 노드들로만 구성된 트리 자료구조입니다.

이후 렌더 트리를 기반으로 HTML 요소의 크기, 위치를 계산하고 브라우저 화면에 픽셀을 렌더링하는 페인팅 처리에 입력됩니다.

아래의 경우 렌더링 레이아웃 계산(요소의 위치, 크기 계산)과 페인팅 처리가 재차 실행됩니다.

1. 자바스크립트로 노드를 추가/삭제한 경우

2. 브라우저 창의 리사이징에 의한 뷰포트 크기 변경

3. CSS로 요소의 레이아웃(위치, 크기)에 변경을 발생시키는 스타일 변경

레이아웃 계산과 페인팅 처리를 다시하는 리렌더링은 비용이 많이드는, 즉 성능에 악 영향을 주는 작업이므로 주의할 필요가 있습니다.

자바스크립트의 파싱과 실행

HTML 문서를 한 줄씩 차례로 파싱하면서 DOM을 생성해 나가다가, script 태그를 만나게 되면 DOM 생성을 일시 중단하고 src 어트리뷰트에 정의된 자바스크립트 파일을 서버에 요청합니다.

서버로부터 응답받은 자바스크립트를 파싱/실행하기 위해 렌더링 엔진은 제어권을 브라우저의 자바스크립트 엔진에게 넘겨줍니다.

1. 서버로부터 응답받은 자바스크립트를 문법적 의미를 갖는 코드의 최소 단위인 토큰 단위로 분해합니다.

2. 각 토큰들을 문법적 구좌와 의미를 반영하여 AST(추상적 구문 트리)를 생성합니다.

3. AST를 기반으로 인터프리터가 실행할 수 있는 중간 코드인 바이트 코드를 생성하여 실행합니다.

이후 자바스크립트가 실행이 끝나게 되면 HTML 문서의 파싱이 중단된 위치부터 다시 파싱을 재개하며 DOM 생성을 이어나갑니다.

리플로우와 리페인트

자바스크립트로 DOM이나 CSSOM을 변경하는 DOM API를 사용한 경우 DOM이나 CSSOM이 변경됩니다. 이때 변경된 DOM이나 CSSOM은 다시 렌더 트리로 결합하게 되고 변경된 렌더 트리를 기반으로 레이아웃 계산과 페인팅 과정을 거쳐 브라우저 화면에 다시 렌더링합니다. 이를 리플로우, 리페인트라고 합니다.

리플로우는 레이아웃 계산을 다시 하는 것이며, 리페인트는 렌더 트리를 기반으로 다시 렌더링하는 것을 말합니다.

리플로우와 리페인트는 반드시 순차적으로 동시에 실행되는 것은 아닙니다. 만약 레이아웃에는 변화가 없다면 리플로우는 실행되지 않고 리페인트만 실행됩니다.

자바스크립트의 파싱에 의한 HTML 파싱 중단

브라우저의 렌더링 엔진과 자바스크립트 엔진은 병렬적으로 파싱을 실행하지 않고 직렬적으로 파싱을 수행합니다.

이는 자바스크립트를 로드하는 sciprt 태그의 위치로 인해 DOM 생성이 지연될 수 있다는 의미를 갖게 되고, script 태그의 위치가 중요한 의미를 갖게 됩니다.

만약 DOM 생성이 완료되지 않은 상태에서 자바스크립트로 DOM API를 통해 DOM을 변경하면 문제가 발생할 수 있습니다. 또한 DOM 생성을 블로킹하여 페이지 로드 시간이 늘어날 수 있습니다.

이 문제를 해결하기 위한 방법으로 script 태그를 body태그 가장 아래에 작성하는 방법이 있습니다. 이 방법을 이용하면 DOM 생성이 완료된 이후에 DOM을 조작하여 문제가 발생할 일이 없으며, 자바스크립트 로딩/파싱/실행으로 인해 HTML 요소가 렌더링에 지장받는 일이 발생하지 않아 페이지 로딩 시간이 단축됩니다.

script 태그의 async / defer 어트리뷰트

sciprt 태그로 인해 DOM 생성이 지연되는 근본적인 문제를 해결하기 위해 HTML5부터는 script 태그에 작성하는 async와 defer 어트리뷰트가 추가되었습니다.

async와 defer 어트리뷰트는 src 어트리뷰트를 통해 외부 자바스크립트 파일을 로드하는 경우에만 동작하며, 인라인으로 작성한 경우 동작하지 않습니다.

async와 defer 어트리뷰트를 작성하면 HTML 파싱과 자바스크립트 로드가 비동기적으로 동시에 진행됩니다. 둘 차이점은 자바스크립트 실행 시점에 차이가 있습니다.

• async 어트리뷰트는 자바스크립트 로드가 완료된 이후 바로 자바스크립트를 실행합니다. 이때 DOM생성은 일시 중단이 됩니다.
  여러 개의 script태그에 async 어트리뷰트를 작성한 경우 script 태그가 작성된 순서와는 상관없이 로드가 완료된 파일부터 실행하게 됩니다. 즉, 순서가 보장되지 않습니다.

• defer 어트리뷰트는 자바스크립트의 실행이 DOM 생성이 완료된 직후에 실행됩니다. 따라서 DOM 생성이 완료된 이후에 실행되어야 할 자바스크립트에 유용합니다.