모던 자바스크립트 Deep Dive 38장 정리 - 브라우저의 렌더링 과정

🙆‍♀️ 브라우저의 렌더링 과정

1. 브라우저는 HTML, CSS, 자바스크립트, 이미지, 폰트 파일 등 렌더링에 필요한 리소스를 요청하고 서버로부터 응답을 받는다.
2. 브라우저의 렌더링 엔진은 서버로부터 응답된 HTML과 CSS를 파싱하여 DOM과 CSSOM을 생성하고 이들을 결합하여 렌더트리를 생성한다.
3. 브라우저의 자바스크립트 엔진은 서버로부터 응답된 자바스크립트를 파싱하여 AST(Abstract Syntax Tree)를 생성하고 바이트코드로 변환하여 실행한다. 이때 자바스크립트는 DOM API를 통해 DOM이나 CSSOM을 변경할 수 있다. 변경된 DOM과 CSSOM은 다시 렌더트리로 결합.
4. 렌더트리를 기반으로 HTML 요소의 레이다웃을 계산하고 브라우저 화면에 HTML 요소를 페인팅한다.

🔖 참고)

• 파싱(Parsing) : 프로그래밍 언어의 문법에 맞게 작성된 텍스트 문서를 읽어 들여 실행하기 위해 텍스트 문서의 문자열을 토큰으로 분해하고 토큰에 문법적 의미와 구조를 반영하여 트리 구조의 자료구조인 파스트리(parse tree)를 생성하는 일련의 과정.

• 렌더링(Rendering) : HTML, CSS, 자바스크립트로 작성된 문서를 파싱하여 브라우저에 시각적으로 출력하는 것.

1. 요청과 응답

서버에 요청을 전송하기 위해 브라우저는 주소창을 제공함. 브라우저의 주소창에 URL을 입력하고 엔터를 누르면 URL의 호스트 이름이 DNS를 통해 IP 주소로 변환되고 이 IP 주소를 갖는 서버에게 요청을 전송함.

2. HTTP 1.1과 HTTP 2.0

• HTTP(HyperText Transfer Protocol) : 웹에서 브라우저와 서버가 통신하기 위한 프로토콜

🧐 HTTP 1.1 과 HTTP 2.0의 차이

• HTTP 1.1 : 커넥션 당 하나의 요청과 응답만 처리. (여러개의 요청과 응답 한번에 할 수 없음)
• HTTP 2.0 : 커넥션 당 여러 개의 요청과 응답이 가능. 여러 리소스으 동시 전송이 가능하무로 HTTP 1.1에 비해 페이지 로드 속도가 약 50% 정도 빠르다고 알려져 있음.

3. HTML 파싱과 DOM 생성

브라우저의 요청에 의해 서버가 응답한 HTML의 문서는 문자열로 이루어진 순수한 텍스트임. 이 문서를 브라우저에 시각적인 픽셀로 렌더링하려면 HTML 문서를 브라우저가 이해할 수 있는 자료구조(객체 - DOM)으로 변환하여 메모리에 저장해야 함.

즉, DOM(Document Object Model)은 문서를 파싱한 결과물이다.

🔖 참고) HTML 파싱과 DOM 생성 과정

1. 서버에 존재하던 HTML 파일이 브라우저의 요청에 의해 응답됨. 이때 서버는 브라우저가 요청한 HTML 파일을 읽어들여 메모리에 저장한 다음 메모리에 저장된 바이트(2진수)를 인터넷을 공유하여 응답.

2. 응답된 바이트 형태의 HTML 문서는 meta 태그의 charset 어트리뷰트에 의해 지정된 인코딩 방식(ex UTF-8)을 기준으로 문자열로 변환됨.

3. 문자열로 변환된 HTML 문서를 읽어 들여 문법적 의미를 갖는 코드의 최소 단위인 토큰들로 분해

4. 각 토큰들을 객체로 변환하여 노드들 생성. 문서 노드, 요소 노드, 어트리뷰트 노드, 텍스트 노드 등등

5. HTML 문서는 HTML 요소들의 집합으로 이루어지며 HTML 요소는 중첩 관계를 가짐. 이 중첩 관계에 의해 부자 관계가 형성이 되고 이를 반영하여 모든 노드들을 트리 자료구조로 구성함. 이 노드들로 구성된 트리 자료구조를 DOM 이라고 부름.

4. CSS 파싱과 CSSOM 생성

렌더링 엔진은 DOM을 생성해 나가다가 CSS를 로드하는 link 태그나 style 태그를 만나면 DOM 싱성을 일시 중단함.

link태그의 href 어트리뷰트에 지정된 CSS 파일을 서버에 요청하여 로드한 CSS 파일이나 style 태그 내의 CSS를 HTML과 동일한 파싱 과정(바이트 -> 문자 -> 토큰 -> 노드 -> CSSOM)을 거치며 해석하여 CSSOM 생성함.

이후 CSS 파싱을 완료하면 HTML 파싱이 중단된 지점부터 다시 HTML을 파싱하기 시작하여 DOM 생성 재개.

5. 렌더 트리 생성

DOM과 CSSOM은 렌더링을 위해 렌더트리(Render Tree)로 결합된다.
렌더트리는 렌더링을 위한 트리 구조의 자료구조다. 따라서 브라우저 화면에 렌더링되지 않는 노드(meta 태그, script 태그)와 CSS에 의해 비표시되는 노드(display : none)들은 포함되지 않음!

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

🚨 레이아웃 계산과 페인팅을 다시 실행하는 리렌더링은 비용이 많이 드는, 즉 성능에 악영향을 주는 작업. 따라서 가급적 리렌더링이 빈번하게 발생하지 않도록 주의가 필요!

🔖 리렌더링이 일어나는 경우

• 자바스크립트에 의한 노드 추가 또는 삭제
• 브라우저 창의 리사이징에 의한 뷰포트 크기 변경
• HTML 요소의 레이아웃에 변경을 발생시키는 width/height, margin, padding, border, display, position, top/right/bottom/leeft 등의 스타일 변경

6. 자바스크립트 파싱과 실행

HTML 문서를 파싱한 결과물로서 생성된 DOM은 HTML 문서의 구조와 정보뿐만 아니라 HTML 요소와 스타일 등을 변경할 수 있는 프로그래밍 인터페이스로서 DOM API를 제공함. 즉, 자바스크립트 코드에서 DOM API를 사용하면 이미 생성된 DOM을 동적으로 조작할 수 있음.

✔️ 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 중단.

자바스크립트 엔진은 자바스크립트를 해석하여 AST(Abstract Syntax Tree 추상적 구문 트리)를 생성함. 그리고 AST를 기반으로 인터프리터가 실행할 수 있는 중간 코드인 바이트코드를 생성하여 실행함.

🔖 AST : 토큰에 문법적 의미와 구조를 반영한 트리 구조의 자료구조

자바스크립트 소스코드 - 토큰 - AST - 바이트코드

🔖 참고)
토크나이징(tokenizing) : 단순한 문자열인 자바스크립트 소스코드를 어휘 분석하여 문법적 의미를 갖는 코드의 최소 단위인 토큰들로 분해

파싱(parsing) : 토큰들의 집합을 구문 분석하여 AST(추상적 구문트리)를 생성

7. 리플로우와 리페인트

DOM API가 사용된 경우 DOM이나 CSSOM이 변경된다. 이 때 변경된 DOM과 CSSOM은 다시 렌더 트리로 결합되고 변경된 렌더 트리를 기반으로 레이아웃 페인트 과정을 거쳐 브라우저의 화면에 다시 렌더링함 => 이를 리플로우, 리페인트 라고함.

👉 리플로우 : 레이아웃 계산을 다시 하는 것. 노드 추가/삭제, 요소의 크기/위치 변경, 윈도우 리사이징 등 레이아웃에 영향을 주는 변경이 발생한 경우에 한하여 실행
👉 리페인트 : 재결합된 렌더 트리를 기반으로 다시 페인트를 하는 것

레이아웃에 영향이 없는 변경은 리플로우 없이 리페인트만 실행됨!

8. 자바스크립트 파싱에 의한 HTML 파싱 중단

🧐 body요소의 가장 아래에 자바스크립트를 위치시키면 좋은 이유

• DOM이 완성되지 않은 상태에서 자바스크립트가 DOM을 조작하면 에러가 발생할 수 있음.
• 자바스크립트 로딩/파싱/실행으로 인해 HTML 요소들의 렌더링에 지장받는 일이 발생하지 않아 페이지 로딩 시간이 단축됨.

9. script 태그의 async/defer 어트리뷰트

<script async src="hi.js"/>
<script defer src="hi.js" />

async 어트리뷰트

HTML 파싱과 외부 자바스크립트 파일의 로드가 비동기적으로 동시에 진행된다. 단 자바스크립트의 파싱과 실행은 자바스크립트 파일의 로드가 완료된 직후 진행되며 이때 HTML 파싱이 중단됨.

defer 어트리뷰트

비동기. 자바스크립트의 파싱과 실행은 HTML 파싱이 완료된 직후 진행됨.