브라우저 렌더링 과정 && 각종 용어 정리

📌  브라우저 렌더링?

 

1. [Parsing] HTML 파일과 CSS 파일을 파싱해서 각각 Tree 를 만듦.
2. [Style] 두 Tree 를 결합해서 화면에 표현되는 Node 를 기준으로 Rendering Tree 를 만듦.
3. [Layout/Reflow] Rendering Tree 에서 각 Node 의 정확한 위치와 크기를 계산. = 레이아웃을 계산.
4. [Paint/Repaint] 계산된 값을 이용해 각 Node 를 화면 상의 실제 pixel 로 변환하고 여러 개의 Layer로 생성.
5. [Composite] Layer 들을 합성하여 실제 화면에 나타냄. 

 

대부분의 프로그래밍 언어는 운영 체제operating system이나 가상 머신virtual machine 위에서 실행된다.

그러나 웹 애플리케이션의 (클라이언트 사이드) 자바스크립트는 브라우저에서 HTML, CSS와 함께 실행된다.

즉, 브라우저 환경을 고려하는 것은 클라이언트 사이드 자바스트립트 프로그래밍의 효율을 높여준다.

 

 

🔔        브라우저 렌더링 동작 과정         01  02  03  04

 

 

01  브라우저는  HTML,CSS,JS,이미지,폰트 파일 등 렌더링에 필요한 리소스를 요청하고 서버로부터 응답을 받는다.

 

 

02  브라우저의 렌더링 엔진은 서버로부터 받아온 HTML과 CSS를 파싱하여 DOM과 CSSOM을 생성하고,

      이들을 결합하여 렌더 트리를 생성한다.

 

 

📍 렌더링rendering

 

HTML, CSS, JS로 작성된 문서를 파싱하여 브라우저에 시각적으로 출력하는 것.

 

📍 파싱parsing

 

파싱은 구문 분석syntax analysis라고도 함.

프로그래밍 언어가 가득 든 텍스트 문서를 읽고 실행하기 위해

텍스트 문서의 문자열을 토큰token으로 분해하고 (어휘분석lexical analysis),

토큰에 문법적 의미와 구조를 반영하여 (트리 구조의 자료구조인) 파스 트리parse tree/syntax analysis를 생성하는 일련의 과정.

 

 

📎  HTML 파싱 

 

 

브라우저의 요청에 의해 서버가 응답한 HTML 문서는 문자열로 이루어진 순수한 텍스트다.

이 텍스트 문서를 브라우저에 시각적인 픽셀로 렌더링하기 위해서는 브라우저가 이해할 수 있는 자료 구조로 변환하여 메모리에 저장해야한다.

 

 

01  브라우저가 HTML 파일을 서버에게 요청한다.

02  서버는 요청된 HTML 파일을 읽어 들여 메모리에 저장한 다음, 저장된 바이트(2진수)를 인터넷을 경유하여 응답한다.

03  브라우저는 HTML문서를 바이트(2진수) 형태로 응답받는다. 

      바이트 형태의 HTML문서는 meta태그의 charset 속성에 의해 지정된 인코딩 방식을 기준으로 문자열로 변환된다.

      (예: UTF-8)

04  문자열로 변환된 HTML 문서를 문법적 의미를 갖는 코드의 최소 단위인, 토큰token들로 분해한다.

05  각 토큰들을 객체로 변환하여 노드node들을 생성한다.

      토큰의 내용에 따라 문서 노드, 요소 노드, 어트리뷰트 노드, 텍스트 노드가 생성된다.

      노드는 이후 DOM을 구성하는 기본 요소가 된다.

06  HTML문서는 HTML 요소의 집합으로 이루어지며, HTML 요소는 중첩 관계를 갖는다.

      이러한 HTML 요소간의 부자 관계를 반영하여 모든 노드들을 트리 자료구조로 구성한다. 

      -->  DOM (Document Object Model)생성

 

 

📎  CSS 파싱 

 

 

렌더링 엔진은 HTML을 처음부터 한 줄씩 순차적으로 파싱하여 DOM을 생성해나간다.

생성해나가다가 CSS를 로드하는 link태그나 style태그를 만나면 DOM 생성을 일시중단하고 서버에 CSS 파일을 요청한다.

서버로부터 CSS 파일을 받아오면 HTML과 동일한 파싱 과정을 거쳐 CSSOM (CSS Object Model) 을 생성하게 된다.

( 바이트   -->  문자  -->  토큰  -->  노드  -->  CSSOM )

CSS 파싱을 완료하면 HTML 파싱이 중단된 시점부터 DOM 생성을 재개한다.

CSSOM은 CSS의 상속을 반영하여 생성된다. ⭐신기신기⭐

 

 

03  브라우저의 자바스크립트 엔진은 서버로부터 받아온 JS를 파싱하여 AST(Abstract Syntax Tree)를 생성하고,

      바이트 코드로 변환하여 실행한다. 

      이때 JS는 DOM API를 통해 DOM이나 CSSOM을 변경할 수 있다. 변경된 DOM과 CSSOM은 다시 렌더 트리로

      결합된다.

 

 

📎 렌더 트리 생성

 

 

DOM과 CSSOM은 렌더링을 위해 렌더 트리render tree로 결합된다.

렌더 트리는 렌더링을 위한 트리 구조의 자료구조다.

따라서 브라우저 화면에 렌더링 되지 않는 요소들 (html의 meta태그 & script태그, css의 display: none등)

의 노드는 포함하지 않는다.  -->  화면에 안나오면 렌더링되는 노드에서 빼버림 ㄷㄷ

 

 

📎 자바스크립트 파싱

 

 

CSS 파싱 과정과 마찬가지로 렌더링 엔진은 HTML을 한 줄씩 순차적으로 파싱하며 DOM을 생성해 나가다가 자바스크립트 파일을 로드하는 script 태그나 자바스크립트 코드를 콘텐츠로 담은 script 태그를 만나면 DOM 생성을 일시 중단한다.

관련한 script 파일 내의 자바스크립트 코드를 파싱하기 위해 브라우저의 렌더링 엔진은 자바스크립트 엔진에 제어권을 넘긴다.

자바스크립트 엔진은 자바스크립트 코드를 파싱하여 CPU가 이해할 수 있는 저수준 언어low-level language로 변환하고 실행하는 역할을 한다.

렌더링 엔진이 HTML과 CSS를 파싱하여 DOM과 CSSOM을 생성하듯이

자바스크립트 엔진은 코드를 해석해서 AST(Abstract Syntax Tree 추상적 구문 트리)를 생성한다.

 

📍 토크나이징tokenizing

 

자바스크립트 소스 코드를 어휘 분석lexical analysis 하여 토큰token(문법적 의미를 갖는 코드의 최소 단위)들로 분해한다.

이 과정은 렉싱lexing이라고 부르기도 하지만 토크나이징과 미묘한 차이가 있다.

 

📍 파싱parsing

 

토큰token들의 집합을 구문 분석syntatic analysis 하여 AST(추상적 구문 트리)를 생성한다.

AST(Abstract Syntax Tree)는 토큰token에 문법적 의미와 구조를 반영한 트리 구조의 자료구조다.

AST를 사용하면 TypeScript, Babel, Prettier 같은 트랜스파일러transpiler를 구현할 수도 있다.

 

📍 바이트코드bitecode generator

 

파싱의 결과물로 생성된 AST는 인터프리터가 실행할 수 있는 중간 코드인 바이트코드로 변환되고, 인터프리터에 의해 실행된다.

 

 

 

04  렌더 트리를 기반으로 HTML 요소의 레이아웃을 계산하고 브라우저 화면에 HTML 요소를 페인팅한다.

 

완성된 렌더 트리는 각 HTML 요소의 레이아웃을 계산하는 데 사용되며 화면에 픽셀을 렌더링하는 페인팅 처리에 입력된다.

 

 

 

📌  브라우저 리플로우reflow 리페인트repaint

 

지금까지 살펴본 렌더링 과정은 반복해서 실행될 수 있다.

다음과 같은 경우에 반복해서 레이아웃 계산(리플로우)과 페인팅(리페인트)이 재차 실행된다.

그러나 이 과정은 비용이 많이 들고 성능을 악화시킨다.

가급적 리렌더링이 빈번하게 발생하지 않도록 주의해야한다.

 

◾ 자바스크립트에 의한 노드 추가 / 삭제

◾ 브라우저 창의 리사이징에 의한 뷰포트viewport 크기 변경

◾ HTML 요소의 레이아웃을 변경시키는 css style 변경

 

📍 리플로우reflow

 

레이아웃을 다시 계산하는 것

 

📍 리페인트repaint

 

다시 페인트를 하는 것

레이아웃에 영향이 없는 변경은 리플로우 없이 리페인트만 실행된다.

 

 

 

📌  자바스크립트 파싱 중 오류 해결

 

브라우저는 동기적synchronous으로, 즉 순차적으로 HTML, CSS, JS를 파싱하고 실행한다.

이것은 script 태그의 위치에 따라 HTML 파싱이 블로킹되어 DOM 생성이 지연될 수 있다는 것을 의미한다.

script 내 자바스크립트 파일의 DOM API 요소들이 DOM을 조작하기 때문에

트리 구조가 완성된 이후에 자바스크립트 파일을 읽게끔 만들어야 한다.

그렇지 않으면 DOM의 요소들이 없거나 생성 전이어서 프로그램 오류가 발생할 것이다.

 

자바스크립트 파싱에 의해 DOM 생성이 중단되는 문제를 근본적으로 해결하기 위해

HTML5부터 script 태그에 async와 defer 어트리뷰트가 추가되었다.

async와 defer 어트리뷰트는 src 어트리뷰트를 통해 외부 자바스트립트 파일을 로드하는 경우에만 사용할 수 있다.

내부에서 script 안에 자바스크립트 코드를 직접 입력하는 경우에는 사용할 수 없음 ㅎㅎ 이땐 그냥 위치 조정해야지 ^^

 

 

 

 

📍 async 어트리뷰트

 

HTML 파싱과 외부 자바스크립트 파일의 로드가 비동기적으로 동시에 진행된다.

단, 자바스크립트 파일의 로드가 완료된 직후에 파싱과 실행이 진행되기 때문에 이 때는 잠깐 HTML 파싱이 중단된다.

여러개의 script 태그에 async 어트리뷰트를 지정하면 ❗ script 태그 순서와 상관없이 ❗

로드가 완료된 자바스크립트부터 먼저 실행되기 때문에 순서가 보장되지 않는다. 

 

📍 defer 어트리뷰트

 

HTML 파싱과 외부 자바스크립트 파일의 로드가 비동기적으로 동시에 진행된다.

단, HTML 파싱이 완료된 직후에 (즉 DOM 생성이 완료된 직후에) 자바스크립트의 파싱과 실행이 진행된다.

DOM 생성이 완료된 이후 실행되어야 할 자바스크립트에 유용하다.

 

 

 

 

 

• 참고 자료

 

JavaScript Deep Dive -이웅모 저

https://d2.naver.com/helloworld/59361