JavaScript - 브라우저의 렌더링 과정

이소라·2023년 1월 3일

JavaScript

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브라우저의 렌더링 과정

웹 어플리케이션의 클라이언트 사이드 JavaScript는 브라우저에서 HTML, CSS와 함께 실행됨
브라우저의 렌더링 과정
1. 브라우저는 HTML, CSS, JavaScript, 이미지, 폰트 파일 등 렌더링에 필요한 리소스를 요청하고 서버로부터 응답을 받음
2. 브라우저의 렌더링 엔진은 서버로부터 응답받은 HTML과 CSS를 파싱하여 DOM과 CSSOM을 생성하고 이를 결합하여 렌더 트리를 생성함
3. 브라우저의 JavaScript 엔진은 서버로부터 응답받은 javaScript를 파싱하여 AST(Abastact Syntax Tree)를 생성하고 바이트코드(bytecode)로 변환하여 실행함
  - 이때 JavaScript는 DOM API를 통해 DOM이나 CSSOM을 변경할 수 있음
    - 변경된 DOM과 CSSOM은 다시 렌더 트리로 결합됨
- 렌더 트리를 기반으로 HTML 요소의 레이아웃(위치와 크기)를 계산하고 브라우저 화면에 HTML 요소를 페인팅함

webkit rendering engine process
render tree = DOM + CSSOM

용어

파싱(parsing)

프로그래밍 언어의 문법에 맞게 작성된 텍스트 문서를 읽어 들여 실행하기 위해 텍스트 문서의 문자열을 토큰(token)으로 분해하고, 토큰에 문법적 의미와 구조를 반영하여 트리 구조의 자료 구조인 파스 트리(parse tree/syntax tree)를 생성하는 일련의 과정

일반적으로 파싱이 완료된 이후에는 파스 트리를 기반으로 중간 언어인 바이트코드(bytecode)를 생성하고 실행함

렌더링(rendering)

HTML, CSS, JavaScript로 작성된 문서를 파싱하여 브라우저에 시각적으로 출력하는 것

1. 요청과 응답

브라우저의 핵심 기능은 필요한 리소스를 서버에 요청하고 서버로부터 응답받아 브라우저에 시각적으로 렌더링하는 것임
서버에 요청을 전송하기 위해 브라우저는 주소창을 제공함
- 브라우저의 주소창에 URI를 입력하고 엔터 키를 누름
- URI의 호스트 이름이 DNS를 통해 IP 주소로 변환됨
- 이 IP 주소를 갖는 서버에게 요청을 전송함

루트 요청
- 스킴(scheme)과 호스트(host)만으로 구성된 URI에 의한 요청
- 일반적으로 서버는 루트 요청에 대해 암묵적으로 index.html을 응답하도록 기본 설정되어 있음
  - 예) https://poiemaweb.com = https://poiemaweb.com/index.html
정적 파일 요청
- index.html이 아닌 다른 정적 파일을 서버에 요청하려면, 브라우저의 주소창에 요청할 정적 파일의 경로와 파일 이름을 URI의 호스트 뒤의 패스(path)에 기술하여 서버에 요청함
  - 예) https://poiemaweb.com/assets/data/data.json : 루트 폴더의 assets/data 폴더 내에 있는 정적 파일 data.json을 요청함
개발자 도구의 Network 패널에서 요청과 응답을 확인할 수 있음
- 개발자 도구의 Network 패널을 활성화하기 이전에 브라우저가 이미 응답을 받은 경우, 응답된 리소스가 표시되지 않음
- 이 경우, 페이지를 새로고침해야 응답된 리소스를 확인할 수 있음
루트 요청시, index.html뿐만 아니라 CSS, JavaScript, 이미지, 폰트 파일등도 응답됨
- 이유 : 브라우저의 렌더링 엔진이 HTML(index.html)을 파싱하는 도중에 외부 리소스를 로드하는 태그를 만나면 HTML의 파싱을 일시 중단하고 해당 리소스 파일을 서버에 요청하기 때문임
  - 외부 리소스를 로드하는 태그의 종류
    - CSS 파일을 로드하는 link 태그
    - 이미지 파일을 로드하는 img 태그
    - JavaScript를 로드하는 script 태그

2. HTTP 1.1과 HTTP 2.0

HTTP
- 웹에서 브라우저와 서버가 통신하기 위한 프로토콜(규약)
- 1989년, 팀 버너스 리 경이 HTTP를 URL과 함께 고안함
- 1991년, HTTP가 최초 문서화됨
- 1990년, HTTP/1.1이 발표됨
- 2015년, HTTP/2가 발표됨
HTTP/1.1
- 기본적으로 커넥션(connection)당 하나의 요청과 응답만 처리함
  - 여러 개의 요청을 한번에 전송, 응답할 수 없음
  - HTML 문서에 포함된 여러 개의 리소스 요청(CSS, 이미지, JavaScript 등)이 개별적으로 전송, 응답됨
- 요청하는 리소스 개수에 비례하여 응답시간도 증가한다는 단점이 있음
HTTP/2.0
- 커넥션 당 다중 요청과 응답이 가능함
  - 여러 리소스의 동시 전송이 가능하므로, HTTP/1.1에 비해 페이지 로드 속도가 약 50% 정도 빠름

3. HTML 파싱과 DOM 생성

브라우저의 렌더링 엔진은 서버로부터 응답받은 HTML 문서를 파싱하여 브라우저가 이해할 수 있는 자료구조인 DOM(Document Obect Model)을 생성함
HTML을 파싱하여 DOM을 생성하는 과정
1. 서버에 존재하던 HTML 파일이 브라우저의 요청에 의해 응답됨
  - 이때 서버는 브라우저가 요청한 HTML 파일을 읽어 들여 메모리에 저장한 다음, 메모리에 저장된 바이트(2진수)를 인터넷을 경유하여 응답함
2. 응답된 바이트 형태의 HTML 문서는 meta 태그의 charset 어트리뷰트에 선언된 인코딩 방식(UTF-8 등)을 기준으로 문자열로 변환됨
  - meta 태그의 charset 어트리뷰트에 선언된 인코딩 방식은 응답 헤더(response header)에 담겨 응답됨 (예: content-type: text/html; charset=utf-8)
  - 브라우저에서 이를 확인하고 문자열로 변환함
3. 문자열로 변환된 HTML 문서를 읽어 들여 문법적 의미를 갖는 최소 단위인 토큰(token)들로 분해함
4. 각 토큰들을 객체로 변환하여 노드(node)들을 생성함
  - 토큰의 내용에 따라 문서 노드, 요소 노드, 어트리뷰트 노드, 텍스트 노드가 생성됨
  - 노드는 DOM을 구성하는 기본 요소가 됨
5. HTML 요소 간의 부자 관계를 반영하여 모든 노드들을 트리 자료구조로 구성함, 이 트리 자료구조를 DOM(Document Object Model)이라 함
  - HTML 문서는 HTML 요소들의 집합으로 이루어짐
  - HTML 요소는 중첩 관계를 가짐
  - HTML 요소 간에 중첩 관계에 의해 부자 관계가 형성됨

4. CSS 파싱과 CSSOM 생성

렌더링 엔진은 meta 태그까지 HTML을 순차적으로 파싱하여 DOM을 생성해 나가다가, CSS를 로드하는 link 태그나 style 태그를 만나면 DOM 생성을 일시 중단함
- link 태크의 href 어트리뷰트에 지정된 CSS 파일을 서버에 요청함
- 서버로부터 응답받은 CSS 파일이나 style 태그 내의 CSS를 HTML과 동일한 과정(바이트->문자->토큰->노드->CSSOM)을 거치며 파싱하여 CSSOM(CSS Object Model)을 생성함
  - CSSOM은 CSS의 상속을 반영하여 생성됨
- CSS 파싱을 완료하면 HTML 파싱이 중단된 지점부터 다시 HTML을 파싱하기 시작하여 DOM 생성을 재개함

body {
	font-size: 18px;
}

ul {
	list-style-type: none;
}

5. 렌더 트리 생성

렌더링 엔진은 서버로부터 응답된 HTML과 CSS를 파싱하여 각각 DOM과 CSSOM을 생성하고, 렌더링을 위해 렌더 트리(render tree)로 결합됨
렌더 트리
- 렌더링을 위한 트리 구조의 자료 구조
- 브라우저 화면에 렌더링되는 노드만으로 구성됨
  - 브라우저 렌더링 화면에 렌더링되지 않는 노드(예: meta 태그, script 태그 등)들은 포함 X
  - CSS에 의해 비표시(예: display:none)되는 노드들을 포함 X

렌더 트리의 사용
- 각 HTML 요소의 레이아웃(위치와 크기)를 계산하는데 사용됨
- 브라우저 화면에 픽셀을 렌더링하는 페인팅(painting) 처리에 입력됨

레이아웃 계산과 페인팅이 다시 실행되는 경우
1. JavaScript에 의한 노드 추가 또는 제거
2. 브라우저 창의 리사이징에 의한 뷰포트(viewport) 크기 변경
3. HTML 요소의 레이아웃(위치, 크기)의 변경을 발생시키는 스타일 변경
  - width/height, margin, padding, border, display, position, top/right/bottom/left 등
레이아웃 계산과 페인팅을 다시 실행하는 리렌더링은 비용이 많이 드는 작업임
- 따라서 가급적 리렌더링이 빈번하게 발생하지 않도록 주의하기

6. JavaScript 파싱과 실행

렌더링 엔진은 HTML을 순차적으로 파싱하며 DOM을 생성해 나가다가, JavaScript 파일을 로드하거나 JavaScript 코드를 컨텐츠로 담은 script 태그를 만나면 DOM 생성을 일시 중단함
- script 태그의 src 어트리뷰트에 정의된 JavaScript 파일을 서버에 요청함
- 서버로부터 응답받은 JavaScript 파일이나 script 태그 내의 JavaScript 파일을 파싱하기 위해 JavaScript 엔진에 제어권을 넘김
- JavaScript 파싱과 실행이 종료되면, 렌더링 엔진으로 다시 제어권을 넘겨 HTML 파싱이 중단된 지점부터 다시 HTML 파싱을 시작하여 DOM 생성을 재개함
JavaScript 엔진이 JavaScript의 파싱과 실행을 처리함
- JavaScript 코드를 파싱하여 CPU가 이해할 수 있는 저수준 언어로 변환하고 실행하는 역할을 함
- JavaScript를 파싱하여 AST(Abstract Syntax Tree, 추상적 구문 트리)를 생성함
- AST를 기반으로 인터프리터가 실행할 수 있는 중간 코드인 바이트코드를 생성하여 실행함

토크나이징(tokenizing)
- 단순한 문자열인 JavaScript 소스코드를 어휘 분석(lexical analysis)하여 문법적 의미를 갖는 최소 단위인 토큰(token)들로 분해함
파싱(parsing)
- 토큰들의 집합을 구문 분석(syntactic analysis)하여 AST(Abstract Syntax Tree, 추상적 구문 트리)를 생성함
바이트코드의 생성과 실행
- 생성된 AST는 인터프리터가 실행할 수 있는 중간 코드인 바이트코드로 변환되고 인터프리터에 의해 실행됨

7. 리플로우와 리페인트

JavaScript 코드에 DOM이나 CSSOM을 변경하는 DOM API가 사용된 경우, DOM이나 CSSOM이 변경됨
- 이때 변경된 DOM과 CSSOM은 다시 렌더 트리로 결합됨
- 변경된 렌더트리를 기반으로 레이아웃과 페인트 과정을 거쳐 브라우저의 화면을 리렌더링함
- 리플로우(reflow)
  - 레이아웃 계산을 다시 하는 것
  - 노드 추가/삭제, 요소의 크기/위치 변경, 윈도우 리사이징 등 레이아웃에 영향을 주는 변경이 발생한 경우에 한해서 실행됨
- 리페인트(repaint)
  - 재결합된 렌더 트리를 기반으로 다시 페인트하는 것
  - 레이아웃의 변경이 없는 변경의 경우, 리페인트만 실행됨

JavaScript 파싱에 의한 HTML 파싱 중단

브라우저는 동기적(synchronous)으로 HTML, CSS, JavaScript를 파싱하고 실행함
- script 태그의 위치에 따라 HTML 파싱이 블로킹되어 DOM 생성이 지연될 수 있음
- JavaScript 코드에서 DOM이나 CSSOM을 변경하는 DOM API를 사용할 경우, DOM이나 CSSOM이 이미 생성되어 있어야 함
  - 만약 DOM API를 사용할 때 DOM 생성이 완료되지 않은 상태라면 문제가 발생할 수 있음
body 요소의 가장 아래에 JavaScript를 위치시키는 것이 좋음
- JavaScript가 실행될 시점에는 이미 렌더링 엔진이 HTML 요소를 모두 파싱하여 DOM 생성을 완료한 이후임
  - 따라서, DOM이 완성되지 않은 상태에서 JavaScript가 DOM을 조작하는 에러가 발생할 우려가 없음
- JavaScript가 실행되기 이전에 DOM 생성이 완료되어 렌더링되므로 페이지 로딩 시간이 단축됨

9. script 태그의 async/defer 어트리뷰트

HTML5부터는 JavaScript 파잇에 의한 DOM 생성이 중단되는 문제를 해결하기 위해 script 태그에 async와 defer 어트리뷰트가 추가됨
- src 어트리뷰트를 통해 외부 JavaScript 파일을 로드하는 경우에만 async과 defer 어트리뷰트를 사용 할 수 있음
- async/defer 어트리뷰트를 사용하면, HTML 파싱과 외부 JavaScript 파일의 로드가 비동기적으로 동시에 진행됨

	async 어트리뷰트	defer 어트리뷰트
HTML 파싱과 외부 JavaScript 파일의 로드	비동기적으로 동시에 진행됨	비동기적으로 동시에 진행됨
JavaScript의 파싱과 진행	JavaScript 파일의 로드가 완료된 직후 진행됨, HTML 파싱이 중단됨	HTML 파싱이 완료된 직후, 즉 DOM 생성이 완료된 직후(DOMContentLoaded 이벤트 발생) 진행됨