标题: (转载）How browsers work--Behind the scenes of modern web browsers（前端必读） [打印本页] 作者: 翔子 时间: 2012-10-24 19:25 标题: (转载）How browsers work--Behind the scenes of modern web browsers（前端必读） 浏览器可以被认为是使用最广泛的软件，本文将介绍浏览器的工 作原理，我们将看到，从你在地址栏输入google.com到你看到google主页过程中都发生了什么。 将讨论的浏览器今天，有五种主流浏览器——IE、Firefox、Safari、Chrome及Opera。
本文将基于一些开源浏览器的例子——Firefox、 Chrome及Safari，Safari是部分开源的。
根据W3C（World Wide Web Consortium 万维网联盟）的浏览器统计数据，当前（2011年5月），Firefox、Safari及Chrome的市场占有率综合已接近60％。（原文为2009年10月，数据没有太大变化）因此，可以说开源浏览器已经占据了浏览器市场的半壁江山。 浏览器的主要功能浏览器的主要功能是将用户选择得web资源呈现出来，它需要从服务器请求资源，并将其显示在浏览器窗口中，资源的格式通常是HTML，也包括PDF、image及其他格式。用户用URI（Uniform Resource Identifier 统一资源标识符）来指定所请求资源的位置，在网络一章有更多讨论。
HTML和CSS规范中规定了浏览器解释html文档的方式，由 W3C组织对这些规范进行维护，W3C是负责制定web标准的组织。
HTML规范的最新版本是HTML4(http://www.w3.org/TR/html401/)，HTML5还在制定中（译注：两年前），最新的CSS规范版本是2（http://www.w3.org/TR/CSS2），CSS3也还正在制定中（译注：同样两年前）。
这些年来，浏览器厂商纷纷开发自己的扩展，对规范的遵循并不完善，这为web开发者带来了严重的兼容性问题。
但是，浏览器的用户界面则差不多，常见的用户界面元素包括：
· 用来输入URI的地址栏
· 前进、后退按钮
· 书签选项
· 用于刷新及暂停当前加载文档的刷新、暂停按钮
· 用于到达主页的主页按钮
奇怪的是，并没有哪个正式公布的规范对用户界面做出规定，这些是多年来各浏览器厂商之间相互模仿和不断改进得结果。
HTML5并没有规定浏览器必须具有的UI元素，但列出了一些常用元素，包括地址栏、状态栏及工具栏。还有一些浏览器有自己专有得功能，比如Firefox得下载管理。更多相关内容将在后面讨论用户界面时介绍。 浏览器的主要构成High Level Structure浏览器的主要组件包括：
1. 用户界面－ 包括地址栏、后退/前进按钮、书签目录等，也就是你所看到的除了用来显示你所请求页面的主窗口之外的其他部分
2. 浏览器引擎－ 用来查询及操作渲染引擎的接口
3. 渲染引擎－ 用来显示请求的内容，例如，如果请求内容为html，它负责解析html及css，并将解析后的结果显示出来
4. 网络－ 用来完成网络调用，例如http请求，它具有平台无关的接口，可以在不同平台上工作
5. UI 后端－ 用来绘制类似组合选择框及对话框等基本组件，具有不特定于某个平台的通用接口，底层使用操作系统的用户接口
6. JS解释器－ 用来解释执行JS代码
7. 数据存储－ 属于持久层，浏览器需要在硬盘中保存类似cookie的各种数据，HTML5定义了web database技术，这是一种轻量级完整的客户端存储技术
图1：浏览器主要组件
需要注意的是，不同于大部分浏览器，Chrome为每个Tab分配了各自的渲染引擎实例，每个Tab就是一个独立的进程。
对于构成浏览器的这些组件，后面会逐一详细讨论。 组件间的通信 Communication between the componentsFirefox和Chrome都开发了一个特殊的通信结构，后面将有专门的一章进行讨论。 渲染引擎 The rendering engine渲染引擎的职责就是渲染，即在浏览器窗口中显示所请求的内容。
默认情况下，渲染引擎可以显示html、xml文档及图片，它也可以借助插件（一种浏览器扩展）显示其他类型数据，例如使用PDF阅读器插件，可以显示PDF格式，将由专门一章讲解插件及扩展，这里只讨论渲染引擎最主要的用途——显示应用了CSS之后的html及图片。 渲染引擎 Rendering engines本文所讨论得浏览器——Firefox、Chrome和Safari是基于两种渲染引擎构建的，Firefox使用Geoko——Mozilla自主研发的渲染引擎，Safari和Chrome都使用webkit。
Webkit是一款开源渲染引擎，它本来是为linux平台研发的，后来由Apple移植到Mac及Windows上，相关内容请参考[url=http://webkit.org/]http://webkit.org。 主流程 The main flow渲染引擎首先通过网络获得所请求文档的内容，通常以8K分块的方式完成。
下面是渲染引擎在取得内容之后的基本流程：
解析html以构建dom树->构建render树->布局render树->绘制render树
图2：渲染引擎基本流程
渲染引擎开始解析html，并将标签转化为内容树中的dom节点。接着，它解析外部CSS文件及style标签中的样式信息。这些样式信息以及html中的可见性指令将被用来构建另一棵树——render树。
Render树由一些包含有颜色和大小等属性的矩形组成，它们将被按照正确的顺序显示到屏幕上。
Render树构建好了之后，将会执行布局过程，它将确定每个节点在屏幕上的确切坐标。再下一步就是绘制，即遍历render树，并使用UI后端层绘制每个节点。
值得注意的是，这个过程是逐步完成的，为了更好的用户体验，渲染引擎将会尽可能早的将内容呈现到屏幕上，并不会等到所有的html都解析完成之后再去构建和布局render树。它是解析完一部分内容就显示一部分内容，同时，可能还在通过网络下载其余内容。
switch (style->display()) {
case NONE:
break;
case INLINE:
o = new (arena) RenderInline(node);
break;
case BLOCK:
o = new (arena) RenderBlock(node);
break;
case INLINE_BLOCK:
o = new (arena) RenderBlock(node);
break;
case LIST_ITEM:
o = new (arena) RenderListItem(node);
break;
...
}
return o;
}
元素的类型也需要考虑，例如，表单控件和表格带有特殊的框架。
在webkit中，如果一个元素想创建一个特殊的渲染对象，它需要复写“createRenderer”方法，使渲染对象指向不包含几何信息的样式对象。 渲染树和Dom树的关系 The render tree relation to the DOM tree渲染对象和Dom元素相对应，但这种对应关系不是一对一的，不可见的Dom元素不会被插入渲染树，例如head元素。另外，display属性为none的元素也不会在渲染树中出现（visibility属性为hidden的元素将出现在渲染树中）。
还有一些Dom元素对应几个可见对象，它们一般是一些具有复杂结构的元素，无法用一个矩形来描述。例如，select元素有三个渲染对象——一个显示区域、一个下拉列表及一个按钮。同样，当文本因为宽度不够而折行时，新行将作为额外的渲染元素被添加。另一个多个渲染对象的例子是不规范的html，根据css规范，一个行内元素只能仅包含行内元素或仅包含块状元素，在存在混合内容时，将会创建匿名的块状渲染对象包裹住行内元素。
一些渲染对象和所对应的Dom节点不在树上相同的位置，例如，浮动和绝对定位的元素在文本流之外，在两棵树上的位置不同，渲染树上标识出真实的结构，并用一个占位结构标识出它们原来的位置。
图13：渲染树及对应的Dom树 创建树的流程 The flow of constructing the treeFirefox中，表述为一个监听Dom更新的监听器，将frame的创建委派给Frame Constructor，这个构建器计算样式（参看样式计算）并创建一个frame。
Webkit中，计算样式并生成渲染对象的过程称为attachment，每个Dom节点有一个attach方法，attachment的过程是同步的，调用新节点的attach方法将节点插入到Dom树中。
处理html和body标签将构建渲染树的根，这个根渲染对象对应被css规范称为containing block的元素——包含了其他所有块元素的顶级块元素。它的大小就是viewport——浏览器窗口的显示区域，Firefox称它为viewPortFrame，webkit称为RenderView，这个就是文档所指向的渲染对象，树中其他的部分都将作为一个插入的Dom节点被创建。 样式计算 Style Computation创建渲染树需要计算出每个渲染对象的可视属性，这可以通过计算每个元素的样式属性得到。
样式包括各种来源的样式表，行内样式元素及html中的可视化属性（例如bgcolor），可视化属性转化为css样式属性。
样式表来源于浏览器默认样式表，及页面作者和用户提供的样式表——有些样式是浏览器用户提供的（浏览器允许用户定义喜欢的样式，例如，在Firefox中，可以通过在Firefox Profile目录下放置样式表实现）。
计算样式的一些困难：
1. 样式数据是非常大的结构，保存大量的样式属性会带来内存问题
2. 如果不进行优化，找到每个元素匹配的规则会导致性能问题，为每个元素查找匹配的规则都需要遍历整个规则表，这个过程有很大的工作量。选择符可能有复杂的结构，匹配过程如果沿着一条开始看似正确，后来却被证明是无用的路径，则必须去尝试另一条路径。
例如，下面这个复杂选择符
div div div div｛…｝
这意味着规则应用到三个div的后代div元素，选择树上一条特定的路径去检查，这可能需要遍历节点树，最后却发现它只是两个div的后代，并不使用该规则，然后则需要沿着另一条路径去尝试
3. 应用规则涉及非常复杂的级联，它们定义了规则的层次
我们来看一下浏览器如何处理这些问题： 共享样式数据webkit节点引用样式对象（渲染样式），某些情况下，这些对象可以被节点间共享，这些节点需要是兄弟或是表兄弟节点，并且：
1. 这些元素必须处于相同的鼠标状态（比如不能一个处于hover，而另一个不是）
2. 不能有元素具有id
3. 标签名必须匹配
4. class属性必须匹配
5. 对应的属性必须相同
6. 链接状态必须匹配
7. 焦点状态必须匹配
8. 不能有元素被属性选择器影响
9. 元素不能有行内样式属性
10. 不能有生效的兄弟选择器，webcore在任何兄弟选择器相遇时只是简单的抛出一个全局转换，并且在它们显示时使整个文档的样式共享失效，这些包括＋选择器和类似:first-child和:last-child这样的选择器。 Firefox规则树 Firefox rule treeFirefox用两个树用来简化样式计算－规则树和样式上下文树，webkit也有样式对象，但它们并没有存储在类似样式上下文树这样的树中，只是由Dom节点指向其相关的样式。
图14：Firefox样式上下文树
样式上下文包含最终值，这些值是通过以正确顺序应用所有匹配的规则，并将它们由逻辑值转换为具体的值，例如，如果逻辑值为屏幕的百分比，则通过计算将其转化为绝对单位。样式树的使用确实很巧妙，它使得在节点中共享的这些值不需要被多次计算，同时也节省了存储空间。
所有匹配的规则都存储在规则树中，一条路径中的底层节点拥有最高的优先级，这棵树包含了所找到的所有规则匹配的路径（译注：可以取巧理解为每条路径对应一个节点，路径上包含了该节点所匹配的所有规则）。规则树并不是一开始就为所有节点进行计算，而是在某个节点需要计算样式时，才进行相应的计算并将计算后的路径添加到树中。
我们将树上的路径看成辞典中的单词，假如已经计算出了如下的规则树：
假如需要为内容树中的另一个节点匹配规则，现在知道匹配的规则（以正确的顺序）为B-E-I，因为我们已经计算出了路径A-B-E-I-L，所以树上已经存在了这条路径，剩下的工作就很少了。
现在来看一下树如何保存。 结构化样式上下文按结构划分，这些结构包括类似border或color这样的特定分类的样式信息。一个结构中的所有特性不是继承的就是非继承的，对继承的特性，除非元素自身有定义，否则就从它的parent继承。非继承的特性（称为reset特性）如果没有定义，则使用默认的值。
样式上下文树缓存完整的结构（包括计算后的值），这样，如果底层节点没有为一个结构提供定义，则使用上层节点缓存的结构。 使用规则树计算样式上下文当为一个特定的元素计算样式时，首先计算出规则树中的一条路径，或是使用已经存在的一条，然后使用路径中的规则去填充新的样式上下文，从样式的底层节点开始，它具有最高优先级（通常是最特定的选择器），遍历规则树，直到填满结构。如果在那个规则节点没有定义所需的结构规则，则沿着路径向上，直到找到该结构规则。
如果最终没有找到该结构的任何规则定义，那么如果这个结构是继承型的，则找到其在内容树中的parent的结构，这种情况下，我们也成功的共享了结构；如果这个结构是reset型的，则使用默认的值。
如果特定的节点添加了值，那么需要做一些额外的计算以将其转换为实际值，然后在树上的节点缓存该值，使它的children可以使用。
当一个元素和它的一个兄弟元素指向同一个树节点时，完整的样式上下文可以被它们共享。
来看一个例子：假设有下面这段html
<html>
<body>
<div class="err" id="div1">
<p>this is a
<span class="big"> big error </span>
this is also a
<span class="big"> very big error</span>
error
</p>
</div>
<div class="err" id="div2">another error</div>
</body>
</html>
以及下面这些规则
1. div {margin:5px;color:black}
2. .err {color:red}
3. .big {margin-top:3px}
4. div span {margin-bottom:4px}
5. #div1 {color:blue}
6. #div2 {color:green}
简化下问题，我们只填充两个结构——color和margin，color结构只包含一个成员－颜色，margin结构包含四边。
生成的规则树如下（节点名：指向的规则）
上下文树如下（节点名：指向的规则节点）
