38장 브라우저의 렌더링 과정

브라우저는 다음과 같은 과정을 거처 렌더링을 수행한다.
1. 브라우저는 HTML, CSS, JS, IMAGE, FONT 등 렌더링에 필요한 리소스를 요청하고 서버로부터 응답을 받는다
2. 브라우저의 렌더링 엔진은 서버로부터 응답된 HTML과 CSS를 파싱하여 DOM과 CSSOM을 생성하고 이들을 결합하여 렌더 트리를 생성한다.
3. 브라우저의 자바스크립트 엔진은 서버로부터 응답된 자바스크립트를 파싱하여 AST를 생성하고 바이트코드로 변환하여 실행한다. 이때 자바스크립트는 DOM API를 통해 DOM이나 CSSOM을 변경할 수 있다. 변경된 DOM과 CSSOM은 다시 렌더 트리로 결합된다.
4. 렌더 트리를 기반으로 HTML 요소의 레이아웃(위치와 크기)을 계산하고 브라우저 화면에 HTML 요소를 페인팅한다.

38.1 요청과 응답

• 브라우저의 핵심 기능은 필요한 리소스를 서버에 요청하고 서버로부터 응답 받아 브라우저에 시각적으로 렌더링하는 것이다.
• URL을 입력하면, URL의 호스트 이름이 DNS를 통해 IP 주소로 변환되고 이 IP 주소를 갖는 서버에 요청을 전송한다.
• 일반적으로 서버는 루트 요청에 대해 암묵적으로 index.html을 응답하도록 기본 설정 되어 있다.
• index.html 파일이 아닌 다른 정적 파일을 요청하려면 URI의 호스트 뒤으 패스에 기술하여 서버에 요청한다.
• 요청과 응답은 개발자 도구의 Network 패널에서 확인할 수 있다.
• 브라우저의 렌더링 엔진은 HTML을 파싱하는 도중에 CSS 파일을 로드하는 link 태그, 이미지 파일을 로드하는 img 태그, 자바스크립트를 로드하는 script 태그 등을 만나면 HTML의 파싱을 일시 중단하고 해당 리소스 파일을 서버로 요청한다.

38.2 HTTP 1.1과 HTTP 2.0

• HTTP는 웹에서 브라우저와 서버가 통신하기 위한 프로토콜이다.
• HTTP/1.1은 기본적으로 커넥션 당 하나의 요청과 응답만 처리한다. 동시 전송이 불가능한 구조이기 때문에 응답 시간도 증가하는 단점이 있다
• HTTP/2는 커넥션당 여러개의 요청과 응답이 가능하다. HTTP/1.1에 비해 페이지 로드 속도가 약 50%정도 빠르다고 알려져 있다.

38.3 HTML 파싱과 DOM 생성

• 브라우저의 렌더링 엔진은 응답 받은 HTML 문서를 파싱하여 브라우저가 이해할 수 있는 자료구조인 DOM을 생성한다.
  • 바이트(2진수) 형태로 응답 받은 HTML 문서를 문자열로 변환하고, HTML문서를 읽어 들어 문법적 의미를 갖는 코드의 최소 단위인 토큰들로 분해한다
  • 각 토큰들을 객체로 변환하여 노드들을 생성한다. 노드는 이후 DOM을 구성하는 기본 요소가 된다.
  • HTML 요소는 중첩 관계를 갖는다. HTML 요소 간의 부자 관계를 반영하여 모든 노드들을 트리자료구조로 구성한다. 이 노드들로 구성된 트리 자료구조를 DOM이라 부른다.

38.4 CSS 파싱과 CSSOM 생성

• 렌더링 엔진은 HTML을 처음부터 한 줄씩 순차적으로 파싱하여 DOM을 생성해 나간다.
• DOM을 생성해 나가다가 CSS를 로드하는 link 태그나 style 태그를 만나면, HTML과 동일한 파싱 과정(바이트 -> 문자 -> 토큰 -> 노드 -> CSSOM)을 거치며 해석하여 CSSOM을 생성한다.
• CSS 파싱이 완료되면 HTML파싱이 중단된 지점부터 다시 HTML을 파싱하기 시작한다.

38.5 렌더 트리 생성

• DOM과 CSSOM은 렌더링을 위해 렌더 트리로 결합된다.
• 렌더 트리는 렌더링을 위한 트리 구조의 자료구조다. 따라서 브라우저 화면에 렌더링 되지 않는 노드(meta 태그, script 태그 등)와 CSS에 의해 비표시(display: none;) 되는 노드들은 포함되지 않는다. 즉 브라우저 화면에 렌더링되는 노드만으로 구성된다.
• 이후 완성된 렌더트리는 각 HTML 요소의 레이아웃(위치와 크기)을 계산하는 데 사용되며 브라우저 화면에 픽셀을 렌더링하는 페인팅 처리에 입력된다.

HTML(CSS) -> DOM tree(CSSOM tree) -> Render tree -> Layout -> Paint

• 위와 같이 브라우저의 렌더링 과정은 반복해서 실행될 수 있다.
• 다음과 같은 경우 반복해서 레이아웃 계산과 페인징이 재차 실행된다.
  • 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, position, top/right/bottom/left 등의 스타일 변경
• 레이아웃 계산과 페인팅을 다시 실행하는 리렌더링은 성능에 악영향을 주는 작업이다. 따라서 가급적 리렌더링이 빈번하게 발생하지 않도록 주의할 필요가 있다.

38.6 자바스크립트 파싱과 실행

• HTML을 파싱하다가 script 태그를 만나면 자바스크립트 코드를 파싱하기 위해 자바스크립트 엔진에 제어권을 넘긴다.
• 자바스크립트 파싱은 브라우저의 렌더링 엔진이 아닌 자바스크립트 엔진이 처리한다.
• 자바스크립트 엔진은 자바스크립트를 해석하여 AST(추상적 구문 트리)를 생성한다. 그리고 AST를 기반으로 인터프리터가 실행할 수 있는 중간 코드인 바이트 코드를 생성하여 실행한다.

토크나이징 -> 파싱 -> 바이트코드 생성 -> 실행

38.7 리플로우와 리페인트

• 자바스크립트 코드에 DOM이나 CSSOM을 변경하는 DOM API가 사용된 경우 DOM과 CSSOM은 다시 렌더 트리로 결합되고 변경된 렌더 트리를 기반으로 레이아웃과 페인트 과정을 거쳐 브라우저 화면에 다시 렌더링한다. 이를 리블로우, 리페인트라 한다.
• 리플로우 : 레이아웃 계산을 다시 하는 것을 말하며, 노드 추가/삭제, 요소의 크기/위치 변경, 윈도우 리사이징 등 레이아웃에 영향을 주는 변경이 발생한 경우에 한하여 실행된다.
• 리페인트 : 재결합된 렌더 트리를 기반으로 다시 페인트를 하는 것을 말한다.
• 리플로우와 리페인트가 반드시 순차적으로 동시에 실행되는 것은 아니다. 레이아웃에 영향이 없는 변경은 리플로우 없이 리페인트만 실행된다.

38.8 자바스크립트 파싱에 의한 HTML 파싱 중단

• 자바스크립트 엔진은 직렬적으로 파싱을 수행한다.
• 즉 위에서 아래로 순차적으로 HTML, CSS, 자바스크립트를 파싱하고 실행한다. 이것은 script 태그의 위치에 따라 HTML 파싱이 블로킹되어 DOM 생성이 지연될수 있다는 것을 의미한다.
• 예를 들어 head에 script 태그가 있는 경우, 그 script 태그 안에 DOM API를 사용해야 하는 경우, 아직 DOM의 생성이 완료되지 않은 상태라면 문제가 발생할 수 있다.
• 이러한 문제를 회피하기 위해 body태그의 닫는 태그 바로 앞에 자바스크립트를 위치시키는 것은 좋은 아이디어다.
  • DOM이 완성되지 않은 상태에서 자바스크립트가 DOM을 조작하면 에러가 발생할 수 있다
  • 자바스크립트 로딩/파싱/실행으로 인해 HTML 요소들의 렌더링에 지장받는 일이 발생하지 않아 페이지 로딩 시간이 단축 된다.

38.9 script 태그의 async/defer 어트리뷰트

• 자바스크립트 파싱에 의한 DOM 생성이 중단되는 문제를 근본적으로 해결하기 위해 HTML5부터 script 태그에 async와 defer 어트리뷰트가 추가되었다.
• 단, 이 어트리뷰트는 src 어트리뷰트가 없는 인라인 자바스크립트에는 사용할 수 없다.
• 이 어트리뷰트를 사용하면 HTML 파싱과 외부 자바스크립트 파일의 로드가 비동기적으로 동시에 진행된다. 하지만 자바스크립트의 실행 시점에 차이가 있다.

<script async src="extern.js"></script>
<script defer src="extern.js"></script>

async 어트리뷰트

• HTML 파싱과 외부 자바스크립트 파일의 로드가 비동기적으로 동시에 진행된다. 단, 자바스크립트의 파싱과 실행은 자바스크립트 파일의 로드가 완료된 직후 진행되며, 이때 HTML 파싱이 중단된다.
• 여러개의 script 태그에 async 어트리뷰트를 진행하면 script 태그의 순서와는 상관없이 로드가 완료된 자바스크립트부터 먼저 실행되므로 순서가 보장되지 않는다.

defer 어트리뷰트

• HTML 파싱과 외부 자바스크립트 파일의 로드가 비동기적으로 동시에 진행된다. 단, 자바스크립트의 파싱과 실행은 HTML 파싱이 완료된 직후, 즉 DOM 생성이 완료된 직후 진행된다.(이때 DOMContentLoaded 이벤트가 발생한다)
• DOM 생성이 완료된 이후 실행되어야 할 자바스크립트에 유용하다.