브라우저의 렌더링 과정

kiko·2022년 1월 16일

모던자바스크립트

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브라우저의 공통적인 기본 구조

사용자 인터페이스 - 요청한 페이지를 보여주는 창을 제외한 나머지 부분/사용자와 상호작용하는 사용자 인터페이스 (ex/주소 표시줄, 이전/다음 버튼, 북마크 메뉴)
렌더링 엔진 - 요청한 콘텐츠를 표시. HTML과 CSS를 파싱하여 화면에 표시. (ex/ Safari는 Webkit엔진, FireFox는 Geoko엔진, Chrome은 Blink엔진을 사용한다.)
브라우저 엔진 - 유저 인터페이스와 렌더링 엔진 사이의 동작을 제어
네트워킹 - 네트워크 요청을 수행하는 네트워킹 파트
UI 백엔드 - 위젯(ex/ input, checkbox)와 같은 기본적인 장치를 그림.
자료 저장소 - localStorage나 Cookie와 같이 보조 기억 장치에다가 내 데이터를 저장하는 파트
자바스크립트 해석기 - 자바스크립트 코드를 해석하고 실행 (ex/ 크롬의 경우는 V8엔진이다.)

렌더링 엔진의 동작 과정

렌더링 엔진은 HTML문서를 파싱(텍스트 문서 문자열 -> 토큰으로 분해 -> 트리 구조 생성)하고 콘텐츠 트리 내부에서 태그를 DOM 노드로 변환한다. 외부 CSS 파일이 포함 된 스타일 요소도 파싱 한다.

HTML 파싱 과정
byte(ex/ 10111) -> 문자 (ex/ ...) -> 토큰 (ex/ {startTag: 'html', contents: {startTag: 'head'}) -> 노드 (ex/ head, meta) -> DOM(document object model) 으로 생성

HTML 파싱과 DOM 생성 (detail)
순수한 텍스트 문서인 HTML 문서를 브라우저에 렌더링 하려면 HTML 문서를 브라우저가 이해 할 수 있는 자료구조(객체)로 변환하여 메모리에 저장하여야 한다.
1. 브라우저는 서버가 응답한 HTML문서를 바이트 형태로 응답 받는다.
2. 바이트 형태의 HTML 문서는 인코딩(UTF-8) 기준으로 문자열로 변환한다.
3. 문자열로 변환된 HTML문서를 읽어 들여 문법적 의미를 갖는 토큰들로 분해한다.
4. 토큰들을 객체로 변환하여 노드들을 생성한다. 토큰 내용에 따라 문서 노드, 요소 노드, 어트리뷰티 노드, 텍스트 노드가 생성이 된다.
5. 노드들을 트리 자료구조로 구성한다. 이 트리 자료구조가 DOM(Document Object Model)이다.

CSS 파싱 과정
byte -> 문자 -> 토큰 -> 노드 (body, ul, li) -> CSSOM (css object model) 생성

CSS 파싱과 CSSOM 생성 (detail)
렌더링 엔진은 DOM을 생성해 나가다가 link 태그 (CSS를 로드)나 style 태그를 만나면 DOM 생성을 일시 중단핟. link 태그의 href 어트리뷰티 지정된 CSS 파일을 서버에 요청하고, CSS는 파싱 과정을 거친다. CSS 파싱을 완료하면 HTML을 파싱하기 시작한다.

자바스크립트 파싱 과정
자바스크립트 소스 코드 -> 토큰(토큰나이징) -> AST (추상적 구문 트리) -> 바이트 코드 변환 -> 실행

script 태그의 src 어트리뷰트에 정의된 자바스크립트 파일을 서버에 요청하여 로한 자바스크립트 파일의 코드를 파싱하기 위해 자바스크립트 엔진에 제어권을 넘긴다. 자바스크립트 파싱과 실행이 종료되면 렌더링 엔진으로 다시 제어권을 넘긴다. HTML 파싱이 중단된 지점부터 다시 HTML 파싱을 시작하여 dom 생성을 재개한다.

자바스크립트 엔진은 자바스크립트 코드를 파싱하여 CPU가 이해할 수 있는 저수준 언어로 변환하고 실행하는 역할을 한다. (엔진은 구글은 V8, 파이어폭스는 SpiderMonkey, 사파리의 JavaScriptCore가 있으며, ECMScript사양을 준수한다.)

자바스크립트 엔진은 자바스크립트를 해석하여 AST(Abstract Syntax tree) 추상적 구문 트리를 생성한다. AST를 기반으로 바이트코드를 생성하여 실행한다.

AST는 바이트코드로 변환 되고 인터프린터에 의해 실행된다.

const foo = 10; // 자바스크립트 소스 코드

// 토큰
// 토크나이징(어휘를 분석해 문법적 의미를 갖는 토큰으로 분해)
[{type: 'keyword', value: 'const'}, {type: 'name', value: 'foo',}]

// AST : 문법적 의미와 구조를 반영한 트리 구저의 자료구조
{'type': 'Program', body: [{type: 'variableDeclaration' , id: {type: 'Indentifier', name: 'foo'}}, init: {type: 'Literal', value: 10}]}

랜더 트리 생성
렌더링 엔진은 서버로부터 응답된 HTML과 CSS를 파싱하여 각각 DOM, CSSOM을 생성했다. DOM과 CSSOM은 렌더링을 위해 렌더트리로 결합된다.

Quiz

브라우저의 렌더링 과정에 대해 설명해주세요.

브라우저는 리소스 (html, css, js, img, font) 를 요청하고, 서버로부터 응답을 받는다.
브라우저 렌더링 엔진에서는 응답된 리소스를 파싱하여 “dom”과 “cssom”을 생성. 결합하여 “렌더 트리”를 생성한다.
브라우저 자바스크립트 엔진에서는 자바스크립트를 파싱하여 AST (abstract syntax tree)를 생성하고 바이트코드로 변환하여 실행한다. 자바스크립트는 dom api를 통해 dom이나 cssmo를 변경 할 수 있다. 변경 된 dom과 cssom은 다시 렌더 트리로 결합된다.
렌더 트리를 기반으로 html 요소의 “레이아웃”을 계산하고 브라우저 화면에 html 요소를 “페이팅”한다.

HTTP/1.1, HTTP/2.0 차이점에 대해 설명해주세요.

HTTP/1.1은 기본적으로 커넥션 당 하나의 요청과 응답만 처리한다.
즉, 여러 개의 요청을 한 번에 전송할 수 없고 응답 또한 마찬가지다.
따라서 HTML 문서 내에 포함된 여러 개의 리소스 요청, 즉 CSS 파일을 로드하는 link 태그, 이미지 파일을 로드하는 img 태그, 자바스크립트를 로드하는 script 태그 등에 의한 리소스 요청이 개별적으로 전송되고 응답 또한 개별적으로 전송된다.
이처럼 HTTP/1.1은 리소스의 동시 전송이 불가능한 구조이므로 요청할 리소스의 개수에 비례하여 응답 시간도 증가하는 단점이 있다.
HTTP/2는 커넥션당 여러 개의 요청과 응답, 즉 다중 요청/응답이 가능하다.
여러 리소스의 동시 전송이 가능하므로 HTTP/1.1에 비해 페이지 로드 속도가 약 50% 정도 빠르다고 알려져 있다.

리플로우/리페인팅에 대해 설명해주세요.
렌더트리는 리렌더링이 될 수 있다.

리플로우는 레이아웃 계산을 다시 하는 것이다. 레이아웃에 영향을 주는 변경이 발생한 경우에 한하여 실행된다. 노드 추가/삭제, 요소의 크기/위치 변경, 윈도우 리사이징 등.

리페인트는 재결합된 렌더 트리를 기반으로 다시 페이트를 하는 것이다. 리플로와 리페인트가 동시에 실행되는 것은 아니다. 레이아웃에 영향이 없다면 리페인트만 실행이 된다.

transform, position 차이점을 설명해주세요.
keyframes 로 absolute랑 translate 애니메이션 테스트해서 퍼포먼스 측정 해볼려구
keyframes를 이용해서 애니메이션을 구현해보고 퍼포먼스의 차이점을 확인하기

그 외 용어&알쓸(알아두면 쓸모있는)
자원 : 사용자가 선택한 자원을 서버에 요청. 이 자원은 보통 HTML 문서이지만 PDF나 이미지 다른 형태일 수 있다. 자원의 주소는 URI이다.

위젯 : 프로그램을 표시하는 자체 포함 된 코드의 일부

렌더링 엔진 : 모든 엔진은 웹 표준을 준수하지만, 엔진마다 다르게 동작하는 부분도 있다.

파싱(parsing) : 문서 파싱은 브라우저가 코드를 이해하고 사용할 수 있는 구조. 프로그래밍 언어의 문법에 맞게 작성된 텍스트 문서를 읽어 들여 실행한다. 텍스트 문서의 문자열을 토큰으로 분해하고, 토큰에 의미와 구조를 반영하여 트리 구조를 생성하는 일련의 과정이다.
파싱의 과정 byte -> 문자 -> 토큰 -> 노드 -> CSSOM or DOM

파서(paser) : 입력 토큰에 내재된 자료 구조를 빌드하고 문법을 검사한다. 파서는 일련의 입력 문자로부터 토큰을 만들기 위해 별도의 낱말 분석기를 이용하기도 한다.

렌더링 : 렌더링은 HTML, CSS, JS로 작성된 문서를 파싱하여 브라우저에 시각적으로 출력한다.

랜더 트리 : 렌더 객채(render object)로 구성되어 있는 랜더 트리(render tree). 렌더링을 위한 트리 구조의 자료구조. 렌더 트리는 "브라우저 화면"에 렌더링 되는 노드만으로 구성된다. 브라우저 화면에 렌더링 되지 않는 노드 (meta, script 태그), CSS에 의한 비표시(display: none)되는 노드들은 포함되지 않는다.

파서 자동 생성 : 파서를 생성해 줄 수 있는 도구를 파서 생성기라고 한다. (HTML 파서는 HTML 마크업을 파싱트리로 변환한다. CSS 파서도 마찬가지) 토큰화에 의해 발생된 각 노드는 트리 생성자에 의해 처리된다. 예를 들어 body 토큰이 처리되어 HTMLBodyElement가 트리에 추가 될 것이다. (파싱 알고리즘/토큰화 알고리즘/트리 구축 알고리즘)

웹킷 CSS 파서 : CSS 파일은 스타일 시트 객체로 파싱 되고 각 객체 CSS 규칙을 포함한다. (p는 선택자, margin-top: 3px은 선언, .error 선택자, color: red는 선언)

스크립트 : 웹은 파싱과 실행이 동시에 수행되는 동기화 모델이다. 스크립트가 실행되는 동안 문서의 파싱은 중단된다. (ex/스크립트가 네트워크로부터 자원을 가져오는데 자원을 받을때까지 파싱은 중단된다) 이 문제를 근본적으로 해결하기 위해 HTML5부터 script 태그에 async, defer어트리뷰티가 추가 되었다.

  <script async src="extern.js"></script> // 파싱과 js 파일의 로드가 비동기적으로 동시에 진행. js 파일의 로드가 완료된 직후 js의 파싱과 실행은 진행되며, 이때 HTML 파싱이 중단 된다. 
  <script defer src="extern.js"></script> // 비동기적으로 진행된다. html 파싱이 완료되어 dom이 생성이 된 후 js 파싱이 된다.