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브라우저 렌더링 과정.md

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브라우저 렌더링 과정


브라우저는 서버와의 데이터 통신을 통해 렌더링을 수행한다.


  1. 브라우저의 리소스 서버에 요청 후 응답
  2. HTML, CSS 파싱후 각각 트리 생성후 렌더 트리 생성
  3. 자바스크립트 파싱후 AST 생성후 실행
  4. 렌더 트리로 HTML를 브라우저에 페인팅

1. 요청과 응답

브라우저는 HTML, CSS, 자바스크립트, 이미지 등과 같은 파일들을 서버에 요청한후 응답을 받아 브라우저에 시각적으로 렌더링을 해야한다.


서버에 요청을 하기 위해서는 브라우저의 주소창을 통해 URL을 입력하고 엔터키를 누르면 호스트 이름(예를 들어 www.naver.com)이 DNS를 통해 IP 주소로 변환되고 이 IP 주소를 갖는 서버에게 요청을 한다.


2. HTML 파싱과 DOM 생성

이렇게 서버로 부터 응답받은 HTML 문서는 문자열로 이루어진 순수한 텍스트이다.

따라서 브라우저의 렌더링 엔진은 HTML 문서를 파싱하여 브라우저가 이해할 수 있는 자료구조인 DOM을 생성한다.


HTML DOM 생성 과정

  1. 서버는 브라우저가 요청한 HTML 파일을 읽어 바이트를 인터넷을 통해 응답한다.

  2. 브라우저는 응답받은 HTML 문서를 바이트 형태로 응답 받는다.

    • 바이트 형태의 HTML 문서는 meta 태그의 charset 어트리뷰트에 의해 지정된 인코딩 방식을 기준으로 문자열로 변환된다.
    • 이 contenty-type 과 charset 어트리뷰트는 서버에서 응답 헤더에 담겨 응답받는다.

  3. 변환된 문자열로 HTML 을 읽어 문법적의미를 갖는 최소단위인 토큰들로 분해한다.

    브라우저 렌더링 과정

    이미지 출처 : https://vallista.kr/2019/05/07/DOM-Document-Object-Model/

  4. 토큰들을 객체로 변환하여 노드들을 생성한다. 이 노드들은 문서 노드, 요소 노드, 어트리뷰트 노드, 텍스트 노드가 생성되어 DOM을 구성하는 기본요소가 된다.

  5. HTML 요소들은 중첩 관계를 갖는다. 따라서 부모 자식 관계로 노드들이 구성되며 트리 자료구조로 구성되어진다. 이 트리 자료구조를 DOM(Document Object Model) 이라고 부른다.


즉, DOM은 HTML 문서를 파싱한 결과물이다.


정리

  1. 서버에서 HTML을 바이트 형식으로 브라우저에 응답함
  2. 브라우저는 HTML을 바이트에서 문자열로 바꿈
  3. 문자열을 토큰으로 분해
  4. 토큰을 객체로 변환하여 노드들을 생성한다.
  5. 노드들로 구성된 DOM을 만든다.

3. CSS 파싱과 CSSOM 생성


브라우저의 렌더링 엔진은 HTML을 한줄씩 순차적으로 파싱하면서 DOM을 생성한다.


이렇게 순차적으로 코드를 파싱해 DOM을 구성하는 도중에 CSS를 로드하는 태그인 style태그나 link 태그를 만나면 DOM 생성을 일시 중단한다.


CSS파일을 서버에 요청하여 응답받은후 로드한 CSS파일을 HTML과 동일한 과정인 (바이트 → 문자 → 토큰 → 노드 → CSSOM)을 거치면 CSSOM(CSS Object Model)을 생성한다.


이후 CSS 파싱을 완료하면 기존에 HTML 파싱이 중단된 지점부터 다시 HTML 파싱을 시작하여 DOM 트리를 생성 한다.


4. 렌더 트리 생성


이렇게 생긴 DOM과 CSSOM을 합쳐 렌더링을 위한 렌더 트리를 만든다.


렌더 트리는 렌더링을 위한 트리 구조의 자료구조이다.

따라서 브라우저 화면에 렌더링 되지 않는 노드와(meta, script 태그 같은) CSS에 의해 표시되지 않는(display : none) 과 같은 노드들은 포함 되지 않는다.


즉, 렌더 트리는 화면에 렌더링 되는 노드만으로 구성된다.


렌더 트리 사용 용도

렌더 트리는 HTML 요소의 레이아웃(위치, 크기)을 계산하는데 사용되며 브라우저 화면에 픽셀을 렌더링 하는 페인팅 처리에 사용된다.


DOM + CSSOM ⇒ Render Tree → Layout → Paint


렌더 트리 재실행


렌더 트리는 어떠한 경우에 반복해서 레이아웃 계산과 페인팅이 재차 실행된다.

  • 자바스크립트에 의한 노드 추가 또는 삭제
  • 브라우저 창의 리사이징에 의한 뷰포트 변경
  • 레이아웃에 변경을 발생시키는 width / height, margin, padding 같은 등의 스타일 변경

레이아웃 계산과 페인팅을 다시하는 것은 성능에 악영향을 주므로 가급적인 리렌더링이 빈번하지 않게 만들어야한다.


5. 자바스크립트 파싱과 실행


CSS 파싱과 과정과 마찬가지로 HTML을 순차적으로 파싱하는 도중에 자바스크립트 파일을 로드하는 태그를 만나면 DOM 생성을 중지한다.


자바스크립트 파일을 서버에 요청하여 로드한후에 자바스크립트 코드를 파싱하기 위해서 브라우저 렌더링엔지에서 자바스크립트 엔진에게 제어권을 넘겨준다.


이후 자바스크립트 파싱과 실행이 종료되면 브라우저 렌더링엔진으로 다시 제어권을 넘겨 HTML 파싱이 중단된 지점부터 다시 DOM 생성을 재개한다.


자바스크립트 엔진

자바스크립트 파싱과 실행은 브라우저의 렌더링 엔진이 아니라 자바스크립트 엔진이 처리한다.


자바스크립트 엔진의 역활은 CPU가 이해할 수 있는 저수준 언어로 변환하고 실행하는 역활을 한다.


자바스크립트 엔진은 코드를 파싱하여 HTML과 CSS가 각각의 트리를 만든 것처럼 AST(Abstract Syntax Tree, 추상적 구문 트리)를 생성한다.


그리고 AST를 기반으로 인터프리터가 실행할 수 있는 바이트코드를 생성하여 실행한다.


AST 생성 과정


  1. 자바스크립트 소스코드를 문법적 의미를 갖는 토큰들로 분해한다.
    • 이 과정을 토크나이징 이라고 부른다.
  2. 토큰들의 집합을 통해 AST를 생성한다.
  3. AST는 바이트코드로 변환되어 인터프리터에 의해 실행된다.

6. 리플로우와 리페인트


자바스크립트 코드가 실행되어 DOM이나 CSSOM을 변경하는 DOM API가 사용된경우 DOM 이나 CSSOM 이 변경된다.


변경된 DOM과 CSSOM 은 다시 렌더 트리로 결합되어 변경된 렌더트리를 기반으로 레이아웃과 페인트 과정을 거쳐 브라우저 화면에 다시 렌더링한다.


이것을 리플로우, 리페인트라고 한다.


리플로우, 리페인트


리플로우

리플로우는 레이아웃 계산을 다시 하는 것을 말한다.

노드 추가 / 삭제, 요소의 크기 / 위치 변경, 등 레이아웃에 영향을 주는 변경이 발생한 경우에 한해 실행된다.


리페인트

리페인트는 재결합된 렌더 트리를 기반으로 다시 페인트 하는 것을 말한다.


따라서 리플로우와 리페인트가 반드시 순차적으로 동시에 실행되는 것이 아니다.


레이아웃에 영향이 없는 변경은 리플로우 없이 리페인트만 실행된다.

예를 들어 브라우저에 표시되는 컨텐트의 텍스트만 변경 같은 경우


7. 자바스크립트 파싱에 의한 HTML 파싱 중단

브라우저는 동기적으로, 즉 위에서 아래 방향으로 HTML과 CSS, 자바스크립트를 파싱하고 실행한다.

따라서 script 태그의 위치에 따라서 HTML 파싱이 블로킹 되어 DOM 생성이 지연 될 수 있다는 것을 의미한다.


즉, script 태그의 위치는 중요한 의미를 갖는다.


만약 자바스크립트 코드에서 DOM, CSSOM을 변경하는 DOM API를 사용하는 경우 이미 생성되어있어야 한다.

생성이 완료되지 않은 상태라면 DOM, CSSOM을 참조할 수 없어 에러가 발생할 수 가있다.


script 자바스크립트 로드 위치


따라서 자바스크립트를 body 요소의 가장 아래에 위치시키는이 좋은 아이디어이다.


  1. DOM이 완성 되지 않은 상태에서 자바스크립트가 DOM을 조작하면 에러가 발생할 수 있다.
  2. 자바스크립트 로딩,파싱,실행으로 인해 HTML 요소들의 렌더링에 지장 받는 일이 발생하지 않아 페이지 로딩 시간 단축

8. script 태그의 async / defer 어트리뷰트

이렇게 자바스크립트 파싱에 의한 DOM 생성이 중단되는 문제를 근본적으로 해결하기 위해 HTML5부터 script 태그에 async와 defer 어트리뷰트가 추가 되었다.


async와 defer 어트리뷰트는 외부 자바스크립트 파일을 로드하는 경우에만 사용하고 인라인으로 작성된 스크립트에는 사용 가능하지 않다.


async

HTML 파싱과 자바스크립트 파일의 로드가 비동기적으로 동시에 진행된다.

하지만 자바스크립트의 파싱과 실행은 자바스크립트 파일의 로드가 완료된 직후 진행되며, 이때 HTML 파싱이 중단된다.


여러개의 script 태그에 async 어트리뷰트를 지정하면 먼저 로드가 완료된 자바스크립트 부터 실행되므로 순서가 보장되지 않는다.

따라서 순서 보장이 필요한 script에서는 async를 사용하면 안된다.


defer

async와 마찬가지로 HTML 파싱과 자바스크립트 로드가 비동기적으로 동시에 진행된다.


하지만 자바스크립트 실행은 HTML 파싱이 완료된 직후인, DOM 생성이 완료된 직후 진행이 된다.

따라서 DOM 생성이 완료된 이후 실행되어야 할 자바스크립트에 유용하다.


정리

  1. 브라우저는 HTML, CSS, 자바스크립트, 이미지, 폰트 파일 등 렌더링에 필요한 리소스를 서버로부터 응답을 받는다.

  2. 브라우저의 렌더링 엔진은 서버에서 응답받은 HTML과 CSS를 파싱하여 DOM과 CSSOM을 생성하고 이 둘을 결합하여 렌더 트리를 생성한다.

  3. 이후 브라우저의 자바스크립트 엔진은 서버로부터 응답 받은 자바스크립트를 파싱하여 AST를 생성하고 바이트 코드로 변환하여 실행한다.

    → 이때 자바스크립트는 DOM API를 통해 DOM이나 CSSOM을 변경할 수 있다. 변경된 DOM 과 CSSOM은 다시 렌더 트리로 결합된다.

  4. 렌더 트리를 기반으로 HTML 요소의 레이아웃을 계산하고 브라우저의 화면에 HTML요소를 페인팅한다.


참고