38장. 브라우저의 렌더링 과정

파싱(Parsing)
프로그래밍 언어의 문법에 맞게 작성된 텍스트 문서를 읽어 들여 실행하기 위해 텍스트 문서의 문자열 -> 토큰으로 분해 -> 토큰에 문법적 의미와 구조를 반영하여 트리 구조의 자료구조인 파스 트리를 생성.
일반적으로 파싱이 완료된 이후에는 파스 트리를 기반으로 중간 언어인 바이트코드를 생성하고 실행

렌더링(Rendering)
HTML, CSS, JS로 작성된 문서를 파싱하여 브라우저에 시각적으로 출력하는 것을 의미

📁 브라우저 렌더링 과정

1. 브라우저는 HTML, CSS, JS, 이미지, 폰트 파일 등 렌더링에 필요한 리소스를 요청하고 서버로 부터 응답을 받음.
2. 브라우저의 렌더링 엔진은 서버로 부터 응답된 HTML과 CSS를 파싱하여 DOM과 CSSOM을 생성하고 이들을 결합하여 렌더 트리를 생성.
3. 브라우저의 JS엔진은 서버로 부터 응답된 JS를 파싱하여 AST를 생성하고 바이트코드로 변환하여 실행.
   이때 JS는 DOM API를 통해 DOM이나 CSSOM을 변경할 수 있음.
   변경된 DOM과 CSSOM은 다시 렌더 트리로 결합됨.
4. 렌터 트리를 기반으로 HTML 요소의 레이아웃(위치와 크기)을 계산하고 브라우저 화면에 HTML 요소를 페인팅.

📁 요청과 응답

• 브라우저의 핵심 기능은 필요한 리소스를 서버에 요청하고 서버로 부터 응답 받아 브라우저에 시각적으로 렌더링 하는 것임.
• 서버에 요청을 전송하기 위해 브라우저는 주소창을 제공.
• 브라우저 주소창에 URL 입력 -> URL 호스트이름이 DNS를 통해 IP 주소로 변환 -> 해당 IP 주소를 갖는 서버에 요청을 전송.

📁 HTTP/1.1과 HTTP/2.0

• HTTP/1.1은 기본적으로 커넥션당 하나의 요청과 응답만 처리.
• 여러개의 요청을 한 번에 전송할 수 없고 응답 또한 마찬가지 임.
• link 태크, img 태그, script 태그 등에 의한 리소스 요청이 개별적으로 전송되고 응답 또한 개별적으로 전송됨.
• 이처럼 HTTP/1.1은 리소스의 동시 전송이 불가능한 구조이므로 요청할 리소스의 개수에 비례하여 응답 시간도 증가하는 단점이 존재.
• HTTP/2는 커넥션당 여러개의 요청과 응답, 즉 다중 요청/응답이 가능.
• HTTP/1.1에 비해 페이지 로드 속도가 약 50% 정도 빠르다고 알려져 있음.

📁 HTML 파싱과 DOM 생성

• 브라우저의 요청에 의해 서버가 응답한 HTML 문서는 문자열로 이루어진 순수한 텍스트임.
• 이를 시각적인 픽셀로 렌더링하려면 HTML 문서를 브라우저가 이해할 수 있는 자료구조(객체)로 변환하여 메모리에 저장해야 함.
• 브라우저의 렌더링 엔진은 HTML 문서를 파싱하여 브라우저가 이해할 수 있는 자료구조인 DOM을 생성.

DOM 생성 과정

1. HTML 문서가 브라우저 요청에 의해 서버로 부터 응답됨.
   서버는 브라우저가 요청한 HTML 파일을 읽어 들여 메모리에 저장한 다음 메모리에 저장된 바이트(2진수)를 인터넷을 경유하여 응답
2. 브라우저는 HTML 문서를 바이트(2진수) 형태로 응답 받음.
   이를 meta 태그의 charset 어트리뷰트에 지정된 인토딩 방식(ex: UTF-8)을 기준으로 문자열로 변환.
3. 문자열로 변환된 HTML 문서를 읽어 들여 문법적 의미를 갖는 코드의 최소 단위인 토큰들로 분해.
4. 각 토큰을 객체로 변환하여 노드를 생성.
   토큰의 내용에 따라 문서 노드, 요소 노드, 어트리뷰트 노드, 텍스트 노드 등이 생성됨. ( DOM을 구성하는 기본 요소들이 됨 )
5. HTML 요소는 중첩 관계를 갖는데, 이를 반영하여 트리 자료구조로 구성. 이를 DOM이라 부름.

📁 CSS 파싱과 CSSOM 생성

• 렌더링 엔진은 HTML을 처음부터 한 줄씩 순차적으로 파싱하며 DOM을 생성하게 되는데, 이때에 CSS를 로드하는 link 태그나 style 태그를 만나면 파싱을 일시 중단함.
• 이어서 link 태그의 href 어트리뷰트에 지정된 CSS파이을 서버에 요청하여 응답된 CSS파일이나 style 태그 내의 CSS를 HTML과 동일한 파싱 과정(바이트 -> 문자 -> 토큰 -> 노드 -> CSSOM)을 거치며 해석하여 CSSOM을 생성.
• 이후 CSS 파싱을 완료하면 일시 중단지점으로 돌아가 HTML 파싱을 이어나감.

📁 렌더 트리 생성

• 렌더링 엔진은 응답된 HTML과 CSS를 파싱하여 각각 DOM과 CSSOM을 생성.
• 렌더링을 위해 두 트리구조를 결합하여 렌더 트리를 생성.
• 렌더 트리는 브라우저 화면에 렌더링 되는 노드만으로 구성됨.
• 이 렌더 트리는 각 HTML 요소의 레이아웃(위치와 크기)를 계산하는 데 사용되며 브라우저 화면에 픽셀을 렌더링하는 페이팅 처리에 입력됨.
• 이 브라우저 렌더링 과정은 반복되서 실행 됨.
  • JS에 의한 노드 추가 또는 삭제 시.
  • 브라우저 창의 리사징ㅇ에 의한 뷰포트 크기 변화.
  • HTML 요소의 레이아웃(위치, 크기)에 변경을 발생시키는 width/height, margin, padding, border, display, position, top/right/bottom/left 등의 스타일 변경.
• 레이아웃 계산과 페인팅을 다시 실행하는 리렌더링은 비용이 많이드는 작업이므로 가급적 리렌더링이 빈번하게 발생하지 않도록 주의할 필요가 있음.

📁 자바스크립트 파싱과 실행

• DOM은 HTML 문서의 구조와 정보뿐만 아니라 HTML 요소와 스타일 등을 변경할 수 있는 프로그래밍 인터페이스로서 DOM API를 제공.
• 이를 통해 JS코드에서 이미 생성된 DOM을 동적으로 조작이 가능.
• CSS 파싱 과정과 마찬가지로 렌더링 엔진은 HTML을 순차적으로 한 줄씩 파싱하며 DOM을 생성해 나가다가 JS파일을 로드하는 script 태그나 JS 코드를 컨텐츠로 담은 script 태그를 만나면 DOM 생성을 일시 중단함.
• JS 코드를 파싱하기 위해 JS엔진에 제어권을 넘겨준 후 이후 JS 파싱과 실행이 종료되면 렌더링 엔진으로 다시 제어권을 넘겨 HTML 파싱이 중단된 지점 부터 다시 HTML 파싱을 시작하여 DOM 생성을 재개함.

JS엔진의 파싱과 실행 과정

• 자바스크립트 소스 코드 -> 토크나이징 -> 토큰 -> 파싱 -> AST -> 바이트 코드 생성 -> 바이트 코드 -> 실행

🔹토크나이징

• 단순히 문자열인 JS 소스코드를 어휘 분석하여 문법적 의미를 갖는 코드의 최소 단위인 토큰들로 분해.

🔹파싱

• 토큰들의 집합을 구문 분석하여 AST(추상적 구문 트리)를 생성.
• AST는 토큰에 문법적 의미와 구저를 반영한 트리 구조의 자료구조임.
  (AST는 인터프리터나 컴파일러만 사용하는 것이 아니고, 이를 활용해 Typescript, Babel, Prettier 같은 트랜스파일러를 구현하기도 함)

🔹바이트코드 생성과 실행

• 생성된 AST는 인터프리터가 실행할 수 있는 중간 코드인 바이트코드로 변환되고 인터프리터에 의해 실행됨.

📁 리플로우와 리페인트

• JS코드에 DOM이나 CSSOM을 변경하는 DOM API가 사용된 경우 DOM이나 CSSOM이 변경되며 이는 다시 렌더트리로 결합되고 변경된 렌더 트리를 기반으로 레이아웃과 페인트 과정을 거쳐 브라우저의 화면에 다시 렌더링 됨.
• 이를 리플로우, 리페인트 라고 함.

1. 리플로우

• 레아이아웃 계산을 다시하는 과정을 말함.
• 노드 추가/삭제, 요소의 크기/위치 변경, 윈도우 리사이징 등 레이아웃에 영향을 주는 변경이 발생한 경우에 한하여 실행됨.

2. 리페인트

• 재결합된 렌더 트리를 기반으로 다시 페인트 하는 것을 말함.
• 레이아웃에 영향이 없는 변경은 리플로우 없이 리페인트만 실행 됨.

📁 script 태그의 async/defer 어트리뷰트

• JS 파싱에 의한 DOM 생성 중단이 되는 문제를 근본적으로 해결하기 위해 async와 deffer 어트리뷰트가 추가됨.
• src 어트리뷰트를 통해 외부 JS파일을 로드하는 경우에만 사용 가능. ( 인라인 스크립트에는 사용 X )
• 사용하게 되면 JS파일의 로드가 비동기적으로 동시에 진행됨.

1. async 어트리뷰트

• HTML 파싱과 외부 JS파일의 로드가 비동기적으로 동시에 진행됨.
• 단, JS 파싱과 실행은 JS파일의 로드가 완료된 직후에 진행되며, 이때 HTML 파싱이 중단됨.
• script 태그의 순서와는 상관없이 JS파일의 로드가 완료된 JS부터 먼저 실행되므로 실행 순서가 보장되지 않음.
• 실행 순서 보장이 필요한 script 태그에는 async 어트리뷰트를 지정하지 않아야 함.

2. defer 어트리뷰트

• 동일하게 HTML 파싱과 JS파일로드가 비동기적으로 동시에 진행됨.
• 단, JS의 파싱과 실행은 HTML 파싱이 모두 완료된 직후(DOM 생성 완료 직후)에 진행됨.
• DOM 생성이 완료된 이후 실행되어야 할 JS에 유용함.