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38장-브라우저의 렌더링 과정

브라우저가 어떻게 HTML, CSS, 자바스크립트로 작성된 텍스트 문서를 어떻게 파싱하여 브라우저에 렌더링하는지 살펴보자

  • 파싱(parsing)
    • HTML, CSS, 자바스크립트 문서를 읽어 의미 단위로 토큰화(Tokenization)하고 토큰에 문법적 의미와 구조를 반영하여 트리구조의 자료구조인 파스 트리(parse tree/syntax tree)를 생성하는 과정
    • 파싱 이후에는 파스 트리 기반으로 바이트 코드(중간 언어)를 생성하고 실행함
  • 렌더링(rendering)
    • HTML, CSS, 자바스크립트로 작성된 텍스트 문서를 파싱하여 브라우저에 시각적으로 보여주는 것
  • Critical Rendering Path⭐️ client-server rendering-engine critical-rendering-path https://web.dev/howbrowserswork/#main-flow-examples
    1. 브라우저는 HTML, CSS, 자바스크립트, 이미지, 폰트 등 렌더링에 필요한 리소스를 서버에 요청하고 서버는 응답한다.
    2. 브라우저의 렌더링 엔진은 서버로 부터 응답된 HTML, CSS를 파싱하여 DOM, CSSOM을 생성한다.
    3. DOM, CSSOM을 결합하여 렌더 트리를 생성한다.
    4. 브라우저의 자바스크립트 엔진은 서버로부터 응답된 자바스크립트를 파싱하여 AST(Abstract Syntax Tree)를 생성하고 바이트코드로 변환하여 실행한다.
      1. 이때 DOM API를 통해 DOM, CSSOM이 변경될 수 있다
      2. 변경된 DOM, CSSOM은 다시 렌더트리로 결합된다.
    5. 렌더트리를 기반으로 HTML 요소의 레이아웃을 계산하고 브라우저 화면에 HTML 요소를 페인팅한다.

38.1 요청과 응답

  • 브라우저는 필요한 리소스(HTML, CSS, 자바스크립트, 이미지, 폰트 등 정적파일 + 서버가 동적으로 생성한 데이터)를 서버에 요청(request)하고 서버로부터 응답(response)받는다.

  • 그리고 브라우저에 렌더링한다.

  • 브라우저의 주소창에 URL을 입력하면 URL의 hostname이 DNS를 통해 IP주소로 변환되고 해당 IP 주소를 갖는 서버에 리소스를 요청한다. uri

  • 개발자 도구의 Network 패널을 확인하면 여러 리소스를 서버에 요청하고 있는 것을 확인할 수 있다. network-tab

38.2 HTTP 1.1과 HTTP 2.0

  • HTTP(HyperText Transfer Protocol): 웹에서 브라우저와 서버가 통신하기 위한 프로토콜
  • 1989년 Tim Berners-Lee에 의해이 고안한 HTTP는 1991년 최초로 문서화되었고, 1996년 HTTP/1.0, 1999년 HTTP/1.1, 2015년 HTTP/2.0이 발표되었다.
  • HTTP 1.1과 HTTP 2.0의 차이
    • HTTP 2.0은 텍스트 프로토콜이 아닌 이진 프로토콜이다. 따라서 새로운 최적화 기법을 적용할 수 있다.
    • HTTP 1.1은 일반적으로 하나의 커넥션당 하나의 요청/응답을 처리한다. 반면에 HTTP 2.0은 동일한 커넥션 상에서 다중 요청/응답이 가능하다.
    • 전송된 데이터의 중복과 그런 데이터로부터 생기는 오버헤드를 제거하고, 연속된 요청 사이의 유사한 내용의 헤더를 압축한다.
    • 서버로 하여금 클라이언트 캐시를 서버 푸시라는 매커니즘을 통해 필요한 데이터로 채워넣도록 허용한다.

38.3 HTML 파싱과 DOM 생성

  • 브라우저의 요청에 의해 서버가 응답한 HTML 문서는 문자열로 이루어진 순수한 텍스트이다.
  • 순수 텍스트인 HTML 문서를 브라우저에 렌더링 하기 위해서는 HTML 문서를 브라우저가 이해할 수 있는 자료구조(객체)로 변환해 메모리에 저장해야 한다.
<html>
  <body>
    <p>Hello World</p>
    <div><img src="example.png" /></div>
  </body>
</html>
  • 렌더링 엔진은 다음과 같은 과정을 통해 HTML을 파싱하고 DOM을 생성한다.
    • HTML 파일이 브라우저의 요청에 응답된다.
    • 브라우저는 바이트(2진수) 형태로 HTML 문서를 응답받는다.
      • 응답받는 바이트 형태의 HTML문서를 meta 태그의 charset 어트리뷰트에 의해 지정된 인코딩 방식(ex.UTF-8)을 기준으로 인코딩된다. 
        <meta charset="utf-8" />
        header
      • meta 태그의 charset 어트리뷰트에 선언된 인코딩 방식은 응답 헤더(response header) 내 content-type: text/html; charset=utf-8 과 같이 담겨 응답에 포함된다.
      • 브라우저는 이를 확인하고 문자열로 변환한다.
    • 문자열로 변환된 HTML문서를 읽어 토큰화한다.
    • 토큰을 객체로 변환하여 노드(node)를 생성한다. 토큰에 따라 문서 노드, 요소 노드, 어트리뷰트 노드, 텍스트 노드가 생성된다.
    • 위에서 생성된 노드들은 부모-자식 관계를 가질 수 있다. 즉, HTML 요소 간 중첩관계에 의해 노드간 중첩관계(부모-자식)가 형성된다. 이런 노드들을 트리 구조로 구성하는데, 이 트리 구조를 **DOM(Document Object Model)**이라고 부른다. dom

정리

  1. 바이트 → 문자 → 토큰 → 노드 → DOM 과정으로 HTML을 파싱한다.
  2. DOM은 HTML 문서를 파싱한 결과물이다.

38.4 CSS 파싱과 CSSOM 생성

  • 렌더링 엔진은 HTML을 처음부터 한 줄씩 순차적으로 파싱하여 DOM을 생성해 나간다.
  • 이때 DOM을 생성해나가다가 CSS를 로드하는 태그(link 태그나 style 태그)를 만나면 DOM 생성을 중단한다.
  • CSS도 HTML과 동일한 파싱 과정(바이트 → 문자 → 토큰 → 노드 → CSSOM)을 거치며 CSSOM(CSS Object Model)을 생성한다. cssom

38.5 렌더 트리 생성

  • 렌더링 엔진은 서버로부터 응답된 HTML 과 CSS를 파싱하여 각각 DOM과 CSSOM을 생성한다.
  • 그리고 DOM과 CSSOM을 렌더링하기 위해 렌더 트리(render tree)를 구성한다.
  • 렌더트리는 시각적으로 보이는 요소들만 포함된다. head, meta, script, display: none인 요소는 제외된다.

render-tree

왼쪽이 DOM 트리, 오른쪽이 Render 트리

  • 완성된 렌더 트리를 기반으로 각 요소가 위치할 자리를 계산(Layout)하고, 화면을 그린다.(Painting)
    • 개발자도구의 Layers 패널에서 Paint된 것을 확인할 수 있다. layers-tab

38.6 자바스크립트 파싱과 실행

  • HTML 문서를 파싱한 결과로 얻은 DOM은 HTML의 구조와 정보 뿐만 아니라 HTML 요소를 조작할 수 있는 DOM API를 제공한다. 즉, 자바스크립트로 DOM API를 이용하면 이미 생성된 DOM을 조작할 수 있는 것이다.
  • HTML을 한 줄씩 파싱하며 DOM을 생성하다 script 태그나 자바스크립트 코드를 담는 script 태그를 만나면 DOM 생성을 중단한다.
  • 이때 자바스크립트를 파싱하기 위해 자바스크립트 코드로 제어권을 넘긴다. 자바스크립트 파싱과 실행이 종료하면 렌더링 엔진으로 다시 제어권을 넘겨 HTML 파싱이 중단된 지점부터 다시 파싱을 하기 시작한다.
  • HTML과 CSS의 파싱 결과로 DOM과 CSSOM이 생성되듯, 자바스크립트 엔진은 자바스크립트를 해석해 AST(추상 구문 트리)를 생성한다.
  • 그리고 이 AST를 기반으로 인터프리터가 실행할 수 있는 중간 코드인 바이트 코드를 생성하여 실행한다.

38.7 리플로우와 리페인트

  • 자바스크립트로 DOM이라 CSSOM을 조작한다면 DOM, CSSOM을 변경하여 다시 렌더 트리로 결합하고 변경된 렌더트리를 기반으로 레이아웃(계산) 과 페인트 과정을 거쳐 브라우저에 렌더링하게 된다.
  • 이를 리플로우(reflow)와 리페인트(repaint)라 한다.
  • 리플로우
    • 레이아웃을 다시 계산하는 과정
    • 노드 추가/삭제, 요소 크기/위치 변경, 윈도우 리사이징(resize) 등 레이아웃에 영향을 줄 때 발생한다.
  • 리페인트
    • 재결합된 렌더 트리를 기반으로 다시 페인트 하는 과정

38.8 자바스크립트 파싱에 의한 HTML 파싱 중단

  • 브라우저는 동기적으로, 즉 위에서 아래 방향으로 순차적으로 HTML, CSS, 자바스크립트를 파싱하고 실행한다.

  • script 태그에 의해 HTML 파싱이 블로킹되어 DOM 생성이 지연될 수 있다는 것을 의미한다.

    <!DOCTYPE html>
<html lang="en">
  <head>
    <meta charset="UTF-8" />
    <title>Document</title>
    <script src="./index.js">
      const apple = document.getElementById('apple');

      apple.style.color = 'red'; // TypeError: Cannot read properties of null (reading 'style')
    </script>
  </head>
  <body>
    <ul>
      <li id="apple">apple</li>
      <li id="banana">banana</li>
      <li id="orange">orange</li>
    </ul>
  </body>
</html>

  • HTML 문서를 위에서 아래로 순차적으로 파싱하면서 DOM을 생성하다 script 태그를 만나면 DOM 생성을 중단한다.

  • 위 예제 코드에서 DOM에서 id가 apple인 요소를 취득한다.

    • 하지만 document.getElementById('apple') 실행 시점에는 아직 id가 apple인 HTML 요소를 파싱하지 않았기 때문에 DOM에서 id가 apple인 요소가 없는 상태이다.
    • 따라서 위 예제는 정상적으로 동작하지 않는다.

  • 이런 문제를 회피하기 위해 body 요소 가장 아래 자바스크립트 코드를 위치하는 것이 좋은 아이디어다.

    <!DOCTYPE html>
<html lang="en">
  <head>
    <meta charset="UTF-8" />
    <title>Document</title>
  </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

  1. Module script is deferred(지연실행)

    • 외부 모듈을 다운로드할 때 브라우저의 HTML 처리가 멈추지 않음. 브라우저는 다른 리소스와 병렬적으로 불러옴
    • 모듈 스크립트는 HTML 문서가 완전히 준비될 때까지 기다렸다가, HTML이 완전히 만들어진 후 실행됨 → 모듈 스크립트는 항상 HTML에 접근할 수 있음
    • 위쪽 스크립트부터 차례대로 실행됨

  2. Async works on inline scripts

    • async 속성을 이용함
    • ./analytics.js 를 가져오는 작업이 끝나면 HTML 파싱이나 다른 스크립트가 대기상태더라고 모듈을 바로 실행함
    • 어디에도 종속되지 않는 기능을 구현할 때 유용
    <script async type='module'>
  import {counter} from './analytics.js'; counter.count();
</script>