38. 브라우저의 렌더링 과정

38. 브라우저의 렌더링 과정

2023. 2. 16. 21:13ㆍ기록/Modern JavaScript Deep Dive

브라우저의 렌더링 과정

브라우저는 HTML, CSS, 자바스크립트, 이미지, 폰트 파일 등
렌더링에 필요한 리소스를 요청하고 서버로부터 응답을 받음
브라우저의 렌더링 엔진은 서버로부터 응답된 HTML과 CSS를 파싱하여
DOM과 CSSOM을 생성하고 이들을 결합하여 렌더 트리를 생성함
브라우저의 자바스크립트 엔진은 서버로부터 응답된 자바스크립트를 파싱하여
AST(Abstract Syntax Tree)를 생성하고 바이트코드로 변환하여 생성함
이때 자바스크립트는 DOM API를 통해 DOM이나 CSSOM을 변경할 수 있음
변경된 DOM과 CSSOM은 다시 렌더 트리로 결합됨
렌더 트리를 기반으로 HTML 요소의 레이아웃(위치와 크기)을 계산하고
브라우저 화면에 HTML 요소를 페인팅함

요청과 응답

브라우저의 핵심 기능

필요한 리소스를 서버에 요청하고 서버로부터 응답받아 브라우저에 시각적으로 렌더링하는 것
리소스: HTML, CSS, JS, 이미지, 폰트 등의 정적 파일, 서버가 동적으로 생성한 데이터

일반적으로 서버는 루트 요청에 대해 암묵적으로 index.html 을 응답하도록 설정되어 있음

요청과 응답은 개발자 도구의 Network 패널에서 확인 가능

브라우저의 렌더링 엔진은 HTML을 파싱하는 도중에 외부 리소스를 로드하는 태그인

link, img, script 태그 등을 만나면 HTML 파싱을 일시 중단하고 해당 리소스 파일을 서버로 요청함

HTTP 1.1과 HTTP 2.0

HTTP

웹에서 브라우저와 서버가 통신하기 위한 프로토콜(규약)

HTTP/1.1

커넥션 당 하나의 요청과 응답만 처리함

여러 개의 요청/응답을 한 번에 처리할 수 없음

리소스의 동시 전송이 불가능한 구조이기 때문에 요청할 리소스의 개수에 비례하여 응답 시간도 증가함

HTTP/2

커넥션 당 여러 개의 요청과 응답이 가능 (다중 요청/응답)

여러 리소스의 동시 전송이 가능하기 때문에 HTTP/1.1에 비해 페이지 로드 속도가 약 50%정도 빠름

HTML 파싱과 DOM 생성

브라우저의 렌더링 엔진은 다음과 같은 과정을 통해

응답받은 HTML 문서를 파싱하여 브라우저가 이해할 수 있는 자료구조인 DOM 을 생성함

서버에 존재하던 HTML 파일이 브라우저의 요청에 의해 응답됨
이때 서버는 브라우저가 요청한 HTML 파일을 읽어 들여 메모리에 저장한 후
메모리에 저장된 바이트(2진수)를 인터넷을 경유하여 응답함
브라우저는 서버가 응답한 HTML 문서를 바이트 형태로 응답받음
응답된 바이트 형태의 HTML 문서는 meta 태그의 charset 어트리뷰트에 의해
지정된 인코딩 방식을 기준으로 문자열로 변환됨 (이 인코딩 방식은 응답 헤더에 담겨 응답됨)
문자열로 변환된 HTML 문서를 읽어 들여
문법적 의미를 갖는 코드의 최소 단위인 토큰들로 분해함
각 토큰들을 객체로 변환하여 노드들을 생성함
토큰의 내용에 따라 문서/요소/어트리뷰트/텍스트 노드가 생성됨
노드는 이후 DOM 을 구성하는 기본 요소가 됨
HTML 문서는 HTML 요소들의 집합으로 이루어지고 중첩 관계를 가짐
이때 HTML 요소 간에는 중첩 관계에 의해 부자 관계가 형성됨
이러한 HTML 요소 간의 부자 관계를 반영하여 모든 노드들을 트리 자료구조로 구성함
이 노드들로 구성된 트리 자료구조를 DOM 이라고 부름

즉, DOM 은 HTML 문서를 파싱한 결과물임

CSS 파싱과 CSSOM 생성

렌더링 엔진은 HTML 을 처음부터 한 줄씩 순차적으로 파싱하여 DOM 을 생성해 나가다가

CSS 를 로드하는 link/style 태그를 만나면 DOM 생성을 일시 중단함

그리고 link 태그의 href 어트리뷰트에 지정된 CSS 파일을 서버에 요청하여 로드한

CSS 파일이나 style 태그 내의 CSS 를 HTML과 동일한 파싱 과정을 거치며 해석하여 CSSOM 을 생성함

(바이트 - 문자 - 토큰 - 노드 - CSSOM)

CSS 파싱을 완료하면 HTML 파싱이 중단된 지점부터 다시 HTML 을 파싱하기 시작하여 DOM 생성을 재개함

렌더 트리 생성

렌더링 엔진은 서버로부터 응답된 HTML 과 CSS 를 파싱하여 각각 DOM 과 CSSOM 을 생성함

그리고 DOM 과 CSSOM 은 렌더링을 위해 렌더 트리로 결합됨

렌더 트리

렌더링을 위한 트리 구조의 자료구조

브라우저 화면에 렌더링되는 노드만으로 구성됨

브라우저 화면에 렌더링되지 않는 노드(meta, script 태그 등)와

CSS에 의해 표시되지 않는 노드(display: none 등)는 포함하지 않음

완성된 렌더 트리는 각 HTML 요소의 레이아웃(위치/크기)을 계산하는 데 사용되며

화면에 픽셀을 렌더링하는 페인팅 처리에 입력됨

레이아웃 계산과 페인팅이 반복되어 실행되는 경우

자바스크립트에 의한 노트 추가/삭제
브라우저 창의 리사이징에 의한 뷰포트 크기 변경
HTML 요소의 레이아웃에 변경을 발생시키는 스타일 변경
(width/height, margin/padding, border, display, position, top/left/bottom/left 등)

레이아웃 계산과 페인팅을 다시 실행하는 리렌더링은 성능에 악영향을 주는 작업임

리렌더링이 자주 발생하지 않도록 주의할 필요가 있음

자바스크립트 파싱과 실행

렌더링 엔진은 HTML 을 한 줄씩 순차적으로 파싱하며 DOM 을 생성해 나가다가

자바스크립트 파일을 로드하는 script 태그를 만나면 DOM 생성을 일시 중단함

그리고 script 태그의 src 어트리뷰트에 정의된 파일을 서버에 요청하여

로드한 자바스크립트 파일이나 script 태그 내의 자바스크립트 코드를 파싱하기 위해

자바스크립트 엔진에 제어권을 넘김

자바스크립트 파싱과 실행이 종료되면 렌더링 엔진으로 다시 제어권을 넘겨

HTML 파싱이 중단된 지점부터 다시 HTML 파싱을 시작하여 DOM 생성을 재개함

렌더링 엔진이 HTML 과 CSS 를 파싱하여 DOM 과 CSSOM 을 생성하듯이

자바스크립트 엔진은 자바스크립트를 해석하여 AST(추상적 구문 트리)를 생성함

그리고 AST 를 기반으로 인터프리터가 실행할 수 있는 중간 코드인 바이트코드를 생성하여 실행함

리플로우와 리페인트

자바스크립트 코드에 DOM/CSSOM 을 변경하는 DOM API가 사용된 경우

변경된 DOM/CSSOM 은 다시 렌더 트리로 결합되고

변경된 렌더 트리를 기반으로 레이아웃/페인트 과정을 거쳐 브라우저 화면에 다시 렌더링 함

리플로우

레이아웃 계산을 다시 하는 것

레이아웃에 영향을 주는 변경이 발생한 경우 실행됨

(노드 추가/삭제, 요소 크기/위치 변경, 윈도우 리사이징 등)

리페인트

재결합된 렌더 트리를 기반으로 다시 페인트하는 것

리플로우와 리페인트가 반드시 순차적으로 동시에 실행되는 것은 아님

레이아웃에 영향이 없는 변경은 리페인트만 실행됨

자바스크립트 파싱에 의한 HTML 파싱 중단

브라우저는 동기적으로, 위에서 아래 방향으로 HTML, CSS, 자바스크립트를 파싱하고 실행함

script 태그의 위치에 따라 HTML 파싱이 블로킹되어 DOM 생성이 지연될 수 있음
DOM 이 완성되지 않은 상태에서 자바스크립트가 DOM 을 조작하면 에러가 발생할 수 있음

이러한 문제를 피하기 위해 body 요소의 가장 아래에 자바스크립트를 위치시키는 것이 좋음

script 태그의 async/defer 어트리뷰트

자바스크립트 파싱에 의한 DOM 생성이 중단되는 문제를 근본적으로 해결하기 위해

HTML5 부터 script 태그에 async/defer 어트리뷰트가 추가됨

async 어트리뷰트

HTML 파싱과 외부 자바스크립트 파일의 로드가 비동기적으로 동시에 진행됨

자바스크립트 파싱/실행은 자바스크립트 파일의 로드가 완료된 직후 실행됨

이때 HTML 파싱이 중단됨

여러 개의 script 태그에 async 어트리뷰트를 지정하면 script 태그의 순서와는 상관없이

로드가 완료된 자바스크립트부터 먼저 실행되기 때문에 순서가 보장되지 않음

순서 보장이 필요한 script 태그에는 async 어트리뷰트를 지정하지 않아야 함

defer 어트리뷰트