灵魂拷问第5篇：说一说从输入URL到页面呈现发生了什么？——渲染过程篇

Posted 2020-11-24 guchengnan

上一节介绍了浏览器解析的过程,其中包含构建DOM、样式计算和构建布局树。

接下来就来拆解下一个过程——渲染。分为以下几个步骤:

• 建立图层树(Layer Tree)
• 生成绘制列表
• 生成图块并栅格化
• 显示器显示内容

一、建图层树

如果你觉得现在DOM节点也有了，样式和位置信息也都有了，可以开始绘制页面了，那你就错了。

因为你考虑掉了另外一些复杂的场景，比如3D动画如何呈现出变换效果，当元素含有层叠上下文时如何控制显示和隐藏等等。

为了解决如上所述的问题，浏览器在构建完布局树之后，还会对特定的节点进行分层，构建一棵图层树(Layer Tree)。

那这棵图层树是根据什么来构建的呢？

一般情况下，节点的图层会默认属于父亲节点的图层(这些图层也称为合成层)。那什么时候会提升为一个单独的合成层呢？

有两种情况需要分别讨论，一种是显式合成，一种是隐式合成。

显式合成

下面是显式合成的情况:

一、 拥有层叠上下文的节点。

层叠上下文也基本上是有一些特定的CSS属性创建的，一般有以下情况:

1. html根元素本身就具有层叠上下文。
2. 普通元素设置position不为static并且设置了z-index属性，会产生层叠上下文。
3. 元素的 opacity 值不是 1
4. 元素的 transform 值不是 none
5. 元素的 filter 值不是 none
6. 元素的 isolation 值是isolate
7. will-change指定的属性值为上面任意一个。(will-change的作用后面会详细介绍)

二、需要剪裁的地方。

比如一个div，你只给他设置 100 * 100 像素的大小，而你在里面放了非常多的文字，那么超出的文字部分就需要被剪裁。当然如果出现了滚动条，那么滚动条会被单独提升为一个图层。

隐式合成

接下来是隐式合成，简单来说就是层叠等级低的节点被提升为单独的图层之后，那么所有层叠等级比它高的节点都会成为一个单独的图层。

这个隐式合成其实隐藏着巨大的风险，如果在一个大型应用中，当一个z-index比较低的元素被提升为单独图层之后，层叠在它上面的的元素统统都会被提升为单独的图层，可能会增加上千个图层，大大增加内存的压力，甚至直接让页面崩溃。这就是层爆炸的原理。这里有一个具体的例子，点击打开。

值得注意的是，当需要repaint时，只需要repaint本身，而不会影响到其他的层。

二、生成绘制列表

接下来渲染引擎会将图层的绘制拆分成一个个绘制指令，比如先画背景、再描绘边框......然后将这些指令按顺序组合成一个待绘制列表，相当于给后面的绘制操作做了一波计划。

这里我以百度首页为例，大家可以在 Chrome 开发者工具中在设置栏中展开 more tools, 然后选择Layers面板，就能看到下面的绘制列表:

 

 

三、生成图块和生成位图

现在开始绘制操作，实际上在渲染进程中绘制操作是由专门的线程来完成的，这个线程叫合成线程。

绘制列表准备好了之后，渲染进程的主线程会给合成线程发送commit消息，把绘制列表提交给合成线程。接下来就是合成线程一展宏图的时候啦。

首先，考虑到视口就这么大，当页面非常大的时候，要滑很长时间才能滑到底，如果要一口气全部绘制出来是相当浪费性能的。因此，合成线程要做的第一件事情就是将图层分块。这些块的大小一般不会特别大，通常是 256 * 256 或者 512 * 512 这个规格。这样可以大大加速页面的首屏展示。

因为后面图块数据要进入 GPU 内存，考虑到浏览器内存上传到 GPU 内存的操作比较慢，即使是绘制一部分图块，也可能会耗费大量时间。针对这个问题，Chrome 采用了一个策略: 在首次合成图块时只采用一个低分辨率的图片，这样首屏展示的时候只是展示出低分辨率的图片，这个时候继续进行合成操作，当正常的图块内容绘制完毕后，会将当前低分辨率的图块内容替换。这也是 Chrome 底层优化首屏加载速度的一个手段。

顺便提醒一点，渲染进程中专门维护了一个栅格化线程池，专门负责把图块转换为位图数据。

然后合成线程会选择视口附近的图块，把它交给栅格化线程池生成位图。

生成位图的过程实际上都会使用 GPU 进行加速，生成的位图最后发送给合成线程。

四、显示器显示内容

栅格化操作完成后，合成线程会生成一个绘制命令，即"DrawQuad"，并发送给浏览器进程。

浏览器进程中的viz组件接收到这个命令，根据这个命令，把页面内容绘制到内存，也就是生成了页面，然后把这部分内存发送给显卡。为什么发给显卡呢？我想有必要先聊一聊显示器显示图像的原理。

无论是 PC 显示器还是手机屏幕，都有一个固定的刷新频率，一般是 60 HZ，即 60 帧，也就是一秒更新 60 张图片，一张图片停留的时间约为 16.7 ms。而每次更新的图片都来自显卡的前缓冲区。而显卡接收到浏览器进程传来的页面后，会合成相应的图像，并将图像保存到后缓冲区，然后系统自动将前缓冲区和后缓冲区对换位置，如此循环更新。

看到这里你也就是明白，当某个动画大量占用内存的时候，浏览器生成图像的时候会变慢，图像传送给显卡就会不及时，而显示器还是以不变的频率刷新，因此会出现卡顿，也就是明显的掉帧现象。

总结

到这里，我们算是把整个过程给走通了，现在重新来梳理一下页面渲染的流程。