[WEB] 브라우저 렌더링 과정

ktmihs·2022년 5월 23일
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1. 웹 브라우저에 URL 입력


(사진 1. 웹 브라우저에 URI 입력)

주소창에 입력한 URI의 host Name이 DNS를 통해 ip 주소로 변환되고, 해당 IP를 가진 서버에 GET 요청을 보낸다.


(사진2. 전반적인 브라우저 렌더링 과정)

2. 서버에서 응답받은 HTML 파일 파싱

서버에 존재하던 HTML 파일이 브라우저 요청에 의해 응답된다. 서버는 브라우저가 요청한 HTML 파일을 읽어 들여 바이트 형태로 메모리에 저장한 다음, 인터넷을 경유하여 응답한다.


(사진3. 응답받은 html 파일)

(사진4. 응답받은 CSS 파일)

브라우저는 서버가 응답한 HTML 문서를 바이트 형태로 응답받기 때문에, 응답된 HTML 문서는 response headers에 담긴 charset 어트리뷰트에 의해 지정된 인코딩 방식을 기준으로 문자열로 변환된다.


(사진5. 요청에 따른 응답의 헤더)

브라우저는 문자열로 변환된 HTML 문서를 읽어 들여 토큰들로 분해한다. 분해된 각 토큰들을 객체로 변환하여 내용에 따라 문서 노드, 요소 노드, 어트리뷰트 노드, 텍스트 노드로 생성한다.

3. HTML 마크업을 바탕으로 DOM 트리 생성

HTML 문서는 HTML 요소들의 집합으로 이루어지며, HTML 요소 간에는 중첩 관계에 의해 부자 관계가 형성된다. 이러한 HTML 요소 간의 부자 관계를 반영하여 모든 노드들을 트리 자료구조로 구성한다. 이렇게 구성된 트리 자료구조를 DOM이라 부른다.

4. CSS 마크업을 바탕으로 CSSOM 트리 생성

렌더링 엔진은 HTML을 처음부터 한 줄씩 순차적으로 파싱하여 DOM을 생성해 나간다. 이때, css를 로드하는 link 태그나 style 태그를 만나면 DOM 생성을 일시 중단한 후, link 태그의 href 어트리뷰트에 지정된 css 파일을 서버에 요청하여 로드한 css 파일이나 style 태그 내의 css를 HTML과 동일한 파싱 과정을 거치며 해석하여 CSSOM을 생성한다. 이후, css 파싱을 완료하면 중단되었던 지점부터 HTML을 파싱하여 DOM 생성을 재개한다. 이때, css의 속성은 상속된다.

(사진6. HTML 파싱과 DOM 생성) (사진7. CSSOM 생성)

5. DOM 트리와 CSSOM 트리를 결합하여 렌더 트리 형성

렌더링 엔진에 의해 문서의 처음부터 끝까지 해석이 완료되어 DOM 트리와 CSSOM 트리가 완성된다면, 이 둘을 바탕으로 렌더 트리를 생성한다. 렌더 트리는 렌더링을 위한 트리 구조이므로, 브라우저 화면에 렌더링되는 노드만으로 구성된다.


(사진8. HTML 파싱과 DOM 생성)

6. 렌더 트리에서 레이아웃 실행 및 페인팅

완성된 렌더 트리는 각 HTML 요소의 레이아웃을 계산하는 데 사용되며, 브라우저 화면에 픽셀을 렌더링하는 페인팅 처리에 입력된다. 이후 레이아웃을 바탕으로 브라우저 화면에 픽셀을 렌더링하는 페인팅 처리에 입력되면 렌더링이 완료되게 된다.
레이아웃 계산과 페인팅을 다시 실행하는 리렌더링은 비용이 많이 드는, 즉 성능에 악영향을 주는 작업이다. 따라서 가급적 리렌더링이 빈번하게 발생하지 않도록 주의할 필요가 있다.

7. 자바스크립트 파싱과 실행

HTML을 한 줄씩 순차적으로 파싱하며 DOM을 생성해 나가다가 자바스크립트 파일을 로드하는 script 태그나 자바스크립트 코드를 콘텐츠로 담은 script 태그를 만나면 DOM 생성을 일시 중단한다. 그리고 script 태그의 src 어트리뷰트에 정의된 자바스크립트 파일을 서버에 요청하여 로드한 자바스크립트 파일이나 script 태그 내의 자바스크립트 코드를 파싱하기 위한 자바스크립트 엔진에 제어권을 넘긴다.

자바스크립트 파싱과 실행은 브라우저의 렌더링 엔진이 아닌 자바스크립트 엔진이 처리한다. 자바스크립트 엔진은 자바스크립트 코드를 파싱하여 CPU가 이해할 수 있는 저수준 언어로 변환하고, 실행하는 역할을 한다.
렌더링 엔진으로부터 제어권을 넘겨받은 자바스크립트 엔진은 단순한 문자열인 자바스크립트 소스코드를 어휘 분석하여 토큰으로 분해한다. 렌더링 엔진이 HTML과 CSS를 파싱하여 DOM과 CSSOM을 생성하듯이 자바스크립트 엔진은 자바스크립트를 파싱하여 AST를 생성한다. 그리고 AST를 기반으로 인터프리터가 실행할 수 있는 중간 코드인 바이트코드를 생성하여 실행한다.


(사진9. 자바스크립트 파싱과 실행)

* 리플로우와 리페인트

자바스크립트 코드에 DOM이나 CSSOM을 변경하는 DOM API가 사용된 경우 DOM이나 CSSOM이 변경된다. 이때 변경된 DOM과 CSSOM은 다시 렌더 트리로 결합되고, 변경된 렌더 트리를 기반으로 레이아웃과 페인트 과정을 거쳐 브라우저의 화면에 다시 렌더링한다.
리플로우는 자바스크립트에 의한 노드 추가 또는 삭제, 브라우저 창의 리사이징에 의한 뷰포트 크기 변경, HTML 요소의 레이아웃에 변경을 발생시키는 스타일 변경의 경우, 레이아웃 계산을 다시 하는 것을 말하고, 리페인트는 재결합된 렌더 트리를 기반으로 다시 페인트 하는 것을 말한다.

* 자바스크립트 파싱에 의한 HTML 파싱 중단

렌더링 엔진과 자바스크립트 엔진은 병렬적으로 파싱을 실행하지 않고, 직렬적으로 파싱을 수행한다. 이처럼 브라우저는 위에서 아래 방향으로 순차적으로 파싱과 실행을 하기 때문에, script 태그 위치에 따라 DOM 생성이 지연될 수 있다. 이러한 경우, 자바스크립트 코드에서 DOM API를 사용한다면, DOM이나 CSSOM이 전부 생성되어 있지 않아, 에러가 발생할 수 있다. 때문에, 자바스크립트를 body 요소 아래에 위치시키는 것이 좋다.

HTML5부터는 이런 문제를 해결하기 위해 script 태그에 async와 defer 어트리뷰트가 추가되었다.
두 어트리뷰트 모두, HTML 파싱과 자바스크립트 파일의 로드가 비동기적으로 동시에 진행된다. async의 경우, script의 순서와는 상관없이, 로드가 완료된 순서대로 실행되기 때문에, script의 순서가 보장되지 않는다. 그에 반에 defer 어트리뷰트는 마찬가지로 비동기적으로 파일이 로드되지만, 실행은 DOM이 생성된 이후, 파일이 순차적으로 실행된다. 따라서, 실행 순서가 중요하다면 defer 어트리뷰트를 사용하는 것이 좋다.

(사진10. async 어트리뷰트 사용 시의 자바스크립트 파일 로드와 실행)


(사진11. defer 어트리뷰트 사용 시의 자바스크립트 파일 로드와 실행)

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