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38장 브라우저의 렌더링 과정

브라우저 환경을 고려해야하는 이유

운영체제나 가상 머신을 통해 실행되는 대부분의 프로그래밍 언어와 달리 웹 애플리케이션의 클라이언트 사이드 자바스크립트는 브라우저에서 HTML, CSS와 함께 실행되기 때문이다.


파싱과 렌더링

파싱(parsing)

  • 프로그래밍 언어의 문법에 맞게 작성된 텍스트 문서를 읽고 실행하기 위한 일련의 과정
    • 어휘분석: 텍스트 문자열을 토근으로 분해

      토큰: 문법적으로 더는 나눌 수 없는 코드의 기본 요소

    • 파스트리 생성: 토큰에 문법적 의미와 구조 반영
  • 파싱 후에는 파스트리를 기반으로 바이트코드 생성하고 실행한다.

    바이트코드: 가상 머신에서 실행하도록 만든 바이너리 코드(이진 코드)


브라우저 렌더링 과정

브라우저 렌더링 과정

  1. 브라우저(Connection)
    HTML, CSS, 자바스크립트, 이미지, 폰트 파일 등 렌더링에 필요한 리소스를 요청하고 서버로부터 응답받는다.

  2. 브라우저의 렌더링 엔진(Rendering Engine)
    서버로부터 응답된 HTML과 CSS를 파싱하여 DOM과 CSSOM을 생성하고 이들을 결합하여 렌더 트리를 생성한다.

  3. 브라우저의 자바스크립트 엔진(Javascript Engine)
    서버로부터 응답된 자바스크립트를 파싱하여 AST를 생성하고 바이트코드로 변환하여 실행한다.
    이때 자바스크립트는 DOM API를 통해 DOM이나 CSSOM을 변경할 수 있다. 변경된 DOM과 CSSOM은 다시 렌더 트리로 결합된다.

    AST: Abstract Syntax Tree(Parse Tree)

  4. 렌더 트리를 기반으로 HTML 요소의 레이아웃(위치와 크기)를 계산하고 브라우저 화면에 HTML 요소를 페인팅한다.


38.1 요청과 응답

리소스는 모두 서버에 존재하므로 필요한 리소스를 서버에 요청하고 서버로부터 응답받아 브라우저에 시각적으로 렌더링한다.

필요한 리소스: HTML, CSS, 자바스크립트, 이미지, 폰트 등 정적 파일 또는 서버가 동적으로 생성한 데이터

URL

  • 일반적으로 서버는 루트 요청에 대해 암묵적으로 index.html이 기본으로 응답된다. https://www.mydomain.com == https://www.mydomain.com/index.html
  • 정적 파일은 https://poienmaweb.com/assets/data/data.json 형태로 응답된다.

index.html 외에 요청하지 않은 리소스의 경우

브라우저의 렌더링 엔진이 HTML을 파싱하는 도중에 외부 리소스를 로드하는 태그를 만나면 파싱을 일시 중단하고 해당 리소스 파일을 서버로 요청한다.

CSS 파일을 로드하는 link 태그, img 태그, script 태그


38.2 HTTP 1.1과 HTTP 2.0

HTTP

  • 1989년 팀 버너스 리 경이 고안
  • 웹에서 브라우저와 서버가 통신하기 위한 프로토콜(규약)
  • 1999년 HTTP/1.1, 2015년 HTTP/2

HTTP1.1 HTTP2

HTTP 1.1 HTTP 2.0
다중 요청/응답 커넥션당 하나의 요청과 응답
리소스 개별 요청		 커넥션당 여러 개의 요청과 응답
리소스 동시 전송 불가능 가능
응답시간 요청할 리소스 개수에 비례하여 증가 HTML 1.1에 비해 페이지 로드 속도가 약 50% 정도 빠름

38.3 HTML 파싱과 DOM 생성

  • 응답된 HTML 문서는 문자열로 이루어진 순수한 텍스트다.
  • 이를 시각적인 픽셀로 렌더링하기 위해 응답받은 HTML 문서를 파싱하여 브라우저가 이해할 수 있는 자료구조(객체)로 변환한 후 메모리에 저장한다.

HTML 파싱과 DOM 생성

  1. 브라우저의 요청에 의해 응답된 HTML 파일을 읽어 메모리에 저장한다.
    인터넷을 경유하여 메모리에 저장된 바이트(2진수)를 응답한다.
  2. 응답된 바이트 형태의 HTML 문서는 meta 태그의 charset 속성에 의해 지정된 인코딩 방식(UTF-8)을 기준으로 문자열로 변환된다.
  3. 문자열로 변환된 HTML 문서를 읽어 들여 문법적 의미를 갖는 코드의 최소 단위인 토큰들로 분해한다.
  4. 각 토큰들을 객체로 변환하여 노드들을 생성한다.
  5. HTML 요소는 중첩 관계를 갖는다. 이 중첩 관계에 의해 부자 관계가 형성되고 모든 노드들을 트리 자료구조, 즉 DOM으로 구성한다.

😀 DOM: HTML 문서를 파싱한 결과물


38.4 CSS 파싱과 CSSOM 생성

  • 렌더링 엔진은 HTML을 한 줄씩 순차적으로 파싱하여 DOM을 생성한다.
  • 외부 리소스를 로드하는 태그를 만나면 파싱을 일시 중단한다.
    로드 후에 파싱이 중단된 지점부터 DOM 생성을 재개한다.
  • link 태그의 href 속성에 지정된 CSS 파일을 서버에 요청하여 로드한 CSS를 HTML과 동일한 파싱 과정을 거치며 해석하여 CSSOM(CSS Object Model)을 생성한다.

    파싱 과정: 바이트 -> 문자 -> 토큰 -> 노드 -> CSSOM

38-02

<!DOCTYPE html>
<html>
  <head>
    <meta charset="UTF-8" />
    <link rel="stylesheet" href="style.css" />
    ...
  </head>
</html>

38-03

body {
  font-size: 18px;
}

ul {
  list-style-type: none;
}

CSSOM은 CSS의 상속을 반영하여 생성됨을 알 수 있다.

CSSOM 생성


38.5 렌더 트리 생성

렌더 트리

DOM과 CSSOM을 결합한 렌더링을 위한 트리 구조의 자료구조이다. = 브라우저 화면에 렌더링되는 노드만 구성한다.

렌더 트리와 레이아웃/페인트

레이아웃 계산과 페인팅이 반복 실행되는 경우

  • 자바스크립트에 의한 노드 추가 또는 삭제
  • 브라우저 창의 리사이징에 의한 뷰포트 크기 변형
  • HTML 요소의 레이아웃에 변경을 발생시키는 스타일 변경 (위치, 크기)
  • 리렌더링이 빈번하면 성능에 악영향을 주기 때문에 주의해야한다.

38.6 자바스크립트 파싱과 실행

  • script 태그의 src 속성에 정의된 자바스크립트 파일을 서버에 요청하여 로드된 자바스크립트 파일이나 script 태그 내 자바스크립트 코드를 파싱하기 위해 자바스크립트 엔진에게 제어권을 넘긴다.

  • 자바스크립트 엔진이 자바스크립트를 파싱하고 실행하여 AST를 생성한다.

    Abstract Syntax Tree. 추상적 구문 트리 실제 구문에서 나타나는 모든 세세한 정보를 나타내지 않는다.

자바스크립트 파싱과 실행


38.7 리플로우와 리페인트

  • DOM API가 사용된 경우 DOM이나 CSSOM이 변경된다.

    DOM API란?
    HTML 요소와 스타일 등을 변경할 수 있는 프로그래밍 인터페이스로 생성된 DOM을 동적으로 조작할 수 있다.

  • 변경사항을 다시 렌더 트리로 결합되고 이를 기반으로 레이아웃과 페인트 과정을 거쳐 브라우저 화면을 리렌더링한다. = 리플로우, 리페인트

리플로우

  • 레이아웃 계산을 다시하는 과정
  • 노드의 추가/삭제, 요소의 크기/위치 변경, 윈도우 리사이징 등

리페인트

  • 재결합된 렌더 트리를 기반으로 다시 페인트

38.8 자바스크립트 파싱에 의한 HTML 파싱 중단

  • 브라우저는 동기적(순차적)으로 HTML, CSS, JavaScript를 파싱하고 실행한다.
  • script 태그 위치에 따라 HTML 파싱이 블로킹되어 DOM 생성이 지연될 수 있기 때문에 중요하다.

38-04

<!DOCTYPE html>
<html>
  <head>
    <meta charset="UTF-8" />
    <link rel="stylesheet" href="style.css" />
    <script>
      /*
      DOM API인 document.getElementById는 DOM에서 id가 'apple'인 HTML 요소를
      취득한다. 아래 DOM API가 실행되는 시점에는 아직 id가 'apple'인 HTML 요소를 파싱하지
      않았기 때문에 DOM에는 id가 'apple'인 HTML 요소가 포함되어 있지 않다.
      따라서 아래 코드는 정상적으로 id가 'apple'인 HTML 요소를 취득하지 못한다.
      */
      const $apple = document.getElementById("apple");

      // 이때 DOM에는 id가 'apple'인 HTML 요소가 포함되어 있지 않기 때문에 에러가 발생한다.
      $apple.style.color = "red"; // TypeError: Cannot read property 'style' of null
    </script>
  </head>
  <body>
    <ul>
      <li id="apple">Apple</li>
      <li id="banana">Banana</li>
      <li id="orange">Orange</li>
    </ul>
  </body>
</html>

body 요소 가장 아래에 자바스크립트를 위치시키자.

  • DOM이 완성되지 않은 상태에서 자바스크립트가 DOM을 조작하여 발생하는 에러를 방지할 수 잇다.
  • 자바스크립트 로딩/파싱/실행으로 인해 HTML 요소들의 렌더링에 지장받는 일이 생기지 않아 페이지 로딩 시간이 단축된다.

38-05

<!DOCTYPE html>
<html>
  <head>
    <meta charset="UTF-8" />
    <link rel="stylesheet" href="style.css" />
  </head>
  <body>
    <ul>
      <li id="apple">Apple</li>
      <li id="banana">Banana</li>
      <li id="orange">Orange</li>
    </ul>
    <script>
      const $apple = document.getElementById("apple");
      $apple.style.color = "red";
    </script>
  </body>
</html>

38.9 script 태그의 async/defer 어트리뷰트

  • HTML5 부터 도입
  • HTML 파싱과 외부 자바스크립트의 파일의 로드가 비동기적으로 동시에 진행된다.

38-06

<script async src="extern.js"></script>
<script defer src="extern.js"></script>
asnyc defer
파싱과 실행 자바스크립트 파일 로드가 완료된 직후 진행
HTML 파싱 중단		 HTML 완료된 직후 진행
= DOM 생성이 완료된 직후
순서 보장 순서 상관없이 로드가 완료된 자바스크립트부터 먼저 실행 DOM 생성 완료 후 실행
이미지 비교 script 태그의 async 어트리뷰트 script 태그의 defer 어트리뷰트