[Web] 브라우저의 렌더링 과정과 원리

Dongjun Ahn·2023년 3월 14일

Browsers

Firefox, Chrome, Edge, Safari, Opera, Brave, Internet Explorer

Browser의 주요 기능

브라우저의 주요 기능은 사용자가 선택한 자원을 서버에 요청하고 브라우저에 표시하는 것이다. 자원은 보통 HTML 문서지만 PDF나 이미지 또는 다른 형태일 수 있다. 자원의 주소는 URI(Uniform Resource Identifier)에 의해 정해진다.

브라우저는 HTML과 CSS 명세에 따라 HTML 파일을 해석해서 표시하는데 이 명세는 웹 표준화 기구인 W3C(World Wide Web Consortium)에서 정한다.

Browser의 기본 구조

사용자 인터페이스
주소 표시줄, 이전/다음 버튼, 북마크 메뉴 등. 요청한 페이지를 보여주는 창을 제외한 나머지 모든 부분이다.
브라우저 엔진
사용자 인터페이스와 렌더링 엔진 사이의 동작을 제어.
렌더링 엔진
요청한 콘텐츠를 표시. 예를 들어 HTML을 요청하면 HTML과 CSS를 파싱하여 화면에 표시함.
통신
HTTP 요청과 같은 네트워크 호출에 사용됨. 이것은 플랫폼 독립적인 인터페이스이고 각 플랫폼 하부에서 실행됨.
UI 백엔드
콤보 박스와 창 같은 기본적인 장치를 그림. 플랫폼에서 명시하지 않은 일반적인 인터페이스로서, OS 사용자 인터페이스 체계를 사용.
자바스크립트 해석기
자바스크립트 코드를 해석하고 실행.
자료 저장소
이 부분은 자료를 저장하는 계층이다. 쿠키를 저장하는 것과 같이 모든 종류의 자원을 하드 디스크에 저장할 필요가 있다. HTML5 명세에는 브라우저가 지원하는 '웹 데이터 베이스'가 정의되어 있다.

Browser 동작과정

렌더링 엔진은 통신으로부터 요청한 문서의 내용을 얻는 것으로 시작하는데 문서의 내용은 보통 8KB 단위로 전송된다.

렌더링 엔진의 기본적인 동작 과정

브라우저는 HTML, CSS, JS, 이미지, 폰트 등 리소스를 서버에 요청하고, 응답으로 받아와, HTML파일과 CSS파일을 파싱해서 각각 Tree를 만든다. (Parsing)
DOM Tree, CSSOM Tree를 결합하여 Rendering Tree를 만든다. (Rendering Tree)
브라우저 JS 엔진은 받아온 JS를 파싱해 AST를 생성하고, 바이트코드로 변환해 실행한다(AST)
Rendering Tree에서 각 노드의 위치와 크기를 계산한다. (Layout)
계산된 값을 이용해 각 노드를 화면상의 실제 픽셀로 변환하고, 레이어를 만든다. (Paint)
레이어를 합성하여 실제 화면에 나타낸다. (Composite)

Parsing

브라우저가 페이지를 렌더링하려면 가장 먼저 받아온 HTML 파일을 해석해야한다. Parsing 단계는 HTML 파일을 해석하여 DOM(Document Object Model) Tree를 구성하는 단계이다.

파싱 중 HTML에 CSS가 포함되어 있다면 CSSOM(CSS Object Model) Tree 구성 작업도 함께 진행한다.

Rendering Tree

Parsing 단계에서 생성된 DOM Tree와 CSSOM Tree를 매칭시켜서 Render Tree를 구성한다. Render Tree는 실제로 화면에 그려질 Tree이다.

DOM (Document Object Model) 트리

DOM tree는 브라우저가 HTML 문서를 로드한 후 파싱하여 생성하는 모델을 의미한다. 객체의 트리로 구조화되어 있기 때문에 DOM tree라 부른다.

바이트(Bytes) : 서버는 브라우저에게 2진수 형태의 HTML 문서를 응답으로 준다.
문자열(Characters) : 문서는 의 charset 속성에 지정된 방식으로 문자열로 인코딩 된다.(ex. UTF-8) 서버는 이 인코딩 방식은 응답 헤더에 담아준다.
토큰(Tokens) : 문자열 형태의 HTML문서를 '토큰'단위로 분해한다. (문법적 의미를 갖는 코드의 최소 단위)
노드(Nodes) : 각 토큰을 객체로 변환해, 노드를 생성한다. (DOM을 구성하는 기본 요소)
DOM : HTML문서의 요소들의 중첩관계를 기반으로 노드들을 트리 구조로 구성한다.

Nodes

문서 노드(Document Node)
트리의 최상위에 존재하며 각각 요소, 어트리뷰트, 텍스트 노드에 접근하려면 문서 노드를 통해야 한다. 즉, DOM tree에 접근하기 위한 시작점(entry point)이다.
요소 노드(Element Node)
요소 노드는 HTML 요소를 표현한다. HTML 요소는 중첩에 의해 부자 관계를 가지며 이 부자 관계를 통해 정보를 구조화한다. 따라서 요소 노드는 문서의 구조를 서술한다고 말 할 수 있다. 어트리뷰트, 텍스트 노드에 접근하려면 먼저 요소 노드를 찾아 접근해야 한다. 모든 요소 노드는 요소별 특성을 표현하기 위해 HTMLElement 객체를 상속한 객체로 구성된다.
어트리뷰트 노드(Attribute Node)
어트리뷰트 노드는 HTML 요소의 어트리뷰트를 표현한다. 어트리뷰트 노드는 해당 어트리뷰트가 지정된 요소의 자식이 아니라 해당 요소의 일부로 표현된다. 따라서 해당 요소 노드를 찾아 접근하면 어트리뷰트를 참조, 수정할 수 있다.
텍스트 노드(Text Node)
텍스트 노드는 HTML 요소의 텍스트를 표현한다. 텍스트 노드는 요소 노드의 자식이며 자신의 자식 노드를 가질 수 없다. 즉, 텍스트 노드는 DOM tree의 최종단이다.

CSSOM(CSS Object Model) 트리

HTML 파일을 파싱하다가 link, style 태그를 만나면 파싱을 잠시 멈추고 리소스 파일을 서버로 요청한다.
이 태그들은 CSS 파일을 가져올 때 보통 쓰는데, 이렇게 가져온 CSS 파일도 HTML과 마찬가지로 파싱을 한다. 서버에서 받아온 2진수 파일을 문자열로 인코딩하고, 토큰 단위로 나누고, 노드를 생성하고, CSSOM 트리를 만든다.
CSS 문서를 객체 모델로 바꾼 것이다. CSSOM을 생성하고 나면, HTML파일은 다시 본론으로 돌아가 파싱을 멈췄던 부분부터 다시 파싱을 시작해 DOM을 마저 생성한다.