[모던 자바스크립트 Deep Dive] 35. 브라우저의 렌더링 과정

• 파싱 : 프로그래밍 언어의 문법에 맞게 작성된 텍스트 문서를 읽어 들여 실행하기 위해 텍스트 문서의 문자열을 토큰으로 분해(어휘 분석)하고 토큰에 문법적 의미와 구조를 반영하여 트리 구조의 자료구조인 파스 트리를 생성하는 인련의 과정을 말함
• 렌더링 : HTML, CSS, 자바 스크립트로 작성된 문서를 파싱하여 브라우저에 시각적으로 출력하는 것

브라우저의 렌더링 과정

1. 브라우저는 HTML, CSS, 자바스크립트, 이미지, 폰트 파일 등 렌더링에 필요한 리소스를 요청하고 서버로부터 응답 받는다
2. 브라우저의 렌더링 엔진은 서버로부터 응답된 HTML 과 CSS 를 파싱하여 DOM 과 CSSOM 을 생성하고 이를 결합하여 렌더 트리를 생성한다
3. 브라우저의 자바스크립트 엔진은 서버로부터 응답된 자바스크립트를 파싱하여 AST를 생성하고 바이트코드로 변환하여 실행한다.  이 때 자바스크립트는 DOM API를 통해 DOM이나 CSSOM을 변경할 수 있다. 변경된 DOM과 CSSOM은 다시 렌더 트리로 결합된다
4. 렌더 트리를 기반으로 HTML 요소의 레이아웃(위치와 크기)을 계산하고 브라우저 화면에 HTML 요소를 페인팅한다

 

요청과 응답

• 브라우저의 핵심 기능은 필요한 리소스 (HTML, CSS, 자바스크립트, 이미지, 폰트 등의 정적 파일 또는 서버가 동적으로 생성한 데이터) 를 서버에 요청하고 서버로부터 응답받아 브라우저에 시각적으로 렌더링하는 것 (서버에 요청하고 서버가 응답한 리소스를 파싱하여 렌더링 하는 것)
• 브라우저 : 주소창에 URL 입력 → URL의 호스트 이름이 DNS를 통해 IP 주소로 변환  → 이 IP 주소를 갖는 서버에게 요청 전송
•  서버 : 루트 요청에 대해 서버의 루트 폴더에 존재하는 정적 파일 index.html 을 클라이언트로 응답 (HTML 파싱 중 link 태그, img 태그, script 태그를 만나면 파싱을 일시 중단하고 해당 리소스 파일을 서버로 요청)

 

 HTTP 1.1 과 HTTP 2.0

• HTTP 는 웹에서 브라우저와 서버가 통신하기 위한 프로토콜 (규약)

HTTP 1.1

• HTTP 1.1 (1999) 은 기본적으로 커넥션 하나 당 하나의 요청과 응답만 처리
• 여러 개의 요청을 한 번에 전송할 수 없고 응답 또한 여러 응답을 한 번에 할 수 없음  → link 태그, img 태그, script 태그 등에 의한 리소스 요청이 개별적으로 전송되고 응답 또한 개별적으로 전송
• 리소스의 동시 전송이 불가능한 구조로 요청할 리소스의 개수에 비례하여 응답 시간이 증가

HTTP 2.0

• HTTP 2.0 (2015) 는 커넥션 당 여러 개의 요청과 응답, 다중 요청/응답 가능
• 여러 리소스의 동시 전송이 가능하므로 HTTP 1.1 에 비해 페이지 로드 속도가 약 50% 빠름

 

HTML 파싱과 DOM 생성

• 브라우저의 요청에 의해 서버가 응답한 HTML 문서는 문자열로 이루어진 순수한 텍스트
• 순수한 텍스트인 HTML 문서를 브라우저에 시각적인 픽셀로 렌더링하려면 HTML 문서를 브라우저가 이해할 수 있는 자료구조 (객체)로 변환하여 메모리에 저장해야함
• 브라우저의 렌더링 엔진은 다음과 같은 과정을 통해 응답받은 HTML 문서를 파싱하여 브라우저가 이해할 수 있는 자료구조인 DOM을 생성
• DOM 은 HTML 문서를 파싱한 결과물

DOM 생성 과정

1. 서버에 존재하던 HTML 파일이 브라우저의 요청에 의해 응답된다. 이 때 서버는 브라우저가 요청한 HTML파일을 읽어 들여 메모리에 저장한 다음 메모리에 저장된 바이트(2진수)를 인터넷을 경유하여 응답한다
2. 브라우저는 서버가 응답한 HTML 문서를 바이트 (2진수) 형태로 응답 받는다. 그리고 응답한 바이트 형태의 HTML 문서는 meta 태그의 charset 어트리뷰트에 의해 지정된 인코딩 방식(예: UTF-8) 은 content-type : text/html; charset=utf-8 과 같이 응답 헤더에 담겨 응답된다. 브라우저는 이를 확인하고 문자열로 변환한다.
3. 문자열로 변환된 HTML 문서를 읽어 들여 문법적 의미를 갖는 최소 단위인 토큰들로 분해한다
4. 각 토큰들을 객체로 변환하여 노드들을 생성한다. 토큰의 내용에 따라 문서 노드, 요소 노드, 어트리뷰트 노드, 텍스트 노드가 생성된다. 노드는 이후 DOM을 구성하는 기본 요소가 된다
5. HTML 문서는 HTML 요소들의 집합으로 이루어지며 HTML 요소는 중첩 관계를 갖는다. 즉, HTML 요소의 컨텐츠 영역 (시작 태그와 종료 태그 사이)에는 텍스트 뿐만 아니라 다른 HTML요소도 포함될 수 있다. 이때 HTML 요소 간에는 중첩 관계에 의해 부자 관계가 형성된다. 이러한 HTML 요소 간의 부자 관계를 반영하여 모든 노드들을 트리 자료구조로 구성한다. 이 노드들로 구성된 트리 자료 구조를 DOM 이라 부른다.

CSS 파싱과 CSSOM 생성

• 렌더링 엔진은 HTML을 처음부터 한 줄씩 순차적으로 파싱하여 DOM을 생성
• 렌더링 엔진은 DOM을 생성해 나가다가 CSS를 로드하는 link 태그나 style 태그를 만나면 DOM 생성 일시 중단
• link 태그나 style 태그 내의 CSS를 HTML 과 동일한 파싱 과정 (바이트 → 문자 → 토큰 → 노드 → CSSOM ) 을 거치며 해석하여 CSSOM 생성
• 파싱이 완료되면 중단되었던 시점부터 다시 HTML 을 파싱하며 DOM 생성 재개

렌더 트리 생성

• 렌더링 엔진은 서버로부터 응답된 HTML 과 CSSOM 을 파싱하여 각각 DOM 과 CSSOM 생성
• DOM과 CSSOM 은 렌더 트리로 결합
• 렌더 트리는 렌더링을 위한 트리 구조의 자료구조로 브라우저 화면에 렌더링되는 노드로만 구성 (브라우저 화면에 렌더링되지 않는 노드 (meta, script)와 CSS에 의해 비표시(display : none )되는 노드들은 포함하지 X)
• 이후 완성된 렌더 트리는 각 HTML 요소의 레이아웃 (위치와 크기)을 계산하는 데 사용되며 브라우저 화면에 픽셀을 렌더링하는 페인팅 처리에 입력됨 (레이아웃 계산과 페인팅을 다시 실행하는 리렌더링은 성능에 악영향을 주는 작업으로 빈번한 리렌더링 주의)

자바스크립트 파싱과 실행

• HTML 한 줄씩 순차적으로 파싱하며 DOM을 생성해 나가다가 자바스크립트 파일을 로드하는 script 태그나 자바스크립트 코드를 컨텐츠를 script 태그를 만나면 DOM 생성을 일시 중단
• script 태그의 src 어트리뷰트에 정의된 자바스크립트 파일을 서버에 요청하여 로드한 자바스크립트 파일이난 script 태그 내의 자바스크립트 코드를 파싱하기 위해 자바스크립트 엔진에 제어권을 넘김
• 자바스크립트 파싱과 실행이 종료되면 다시 렌더링 엔진으로 제어권을 넘겨 중단된 지점 부터 HTML 파싱을 시작하여 DOM 생성 재개
  • 자바스크립트 엔진은 자바스크립트 코드를 파싱하여 CPU 가 이해할 수 있는 저수준 언어로 변환하고 실행하는 역할 수행
  • 자바스크립트 엔진은 자바스크립트를 해석하여 AST (추상적 구문 트리)를 생성
  • AST를 기반으로 인터프리터가 실행할 수 있는 중간 코드인 바이트 코드를 생성하여 실행

토크나이징 : 단순한 문자열인 자바스크립트 소스코드를 어휘 분석하여 문법적 의미를 갖는 코드의 최소 단위인 토큰들로 분해

파싱 : 토큰들의 집합을 구문 분석하여 AST (추상적 구문 트리) 생성

(AST: 토큰에 문법적 의미와 구조를 반영한 트리 구조의 자료구조)

바이트코드 생성과 실행 : AST는 인터프리터가 실행할 수 있는 중간 코드인 바이트코드로 변환되고 인터프리터에 의해 실행

 

리플로우와 리페인트

• 자바스크립트에서 DOM 이나 CSSOM 을 변경하는 DOM API 가 사용되어 변경된 경우 다시 렌더트리로 결합하고 변경된 렌더 트리를 기반으로 레이아웃과 페인트 과정을 거쳐 브라우저 화면에 리렌더링

• 리플로우 : 레이아웃 계산을 다시 하는 것 (노드 추가/ 삭제, 요소의 크기/위치 변경, 윈도우 리사이징 등 레이아웃에 영향을 주는 변경이 발생한 경우에 한하여 실행
• 리페인트 : 재결합된 렌더 트리를 기반으로 다시 페인트 하는 것

 

자바스크립트 파싱에 의한 HTML 파싱 중단

• body요소의 가장 아래 자바스크립트를 위치시키는 것이 좋은 이유
  1. DOM이 완성되지 않은 상태에서 자바스크립트가 DOM을 조작하면 에러가 발생할 수 있다
  2. 자바스크립트 로딩/파싱/실행으로 인해 HTML 요소들의 렌더링에 지장받는 일이 발생하지 않아 페이지 로딩 시간이 단축된다

script 태그의 async/defer 어트리뷰트

• 자바스크립트 파싱에 의한 DOM 생성이 중단되는 문제를 근본적으로 해결하기 위해 HTML5 부터 script 태그에 async 와 defer 어트리뷰트 추가
• src 어트리뷰트가 없는 인라인 자바스크립트에는 사용 불가

<script async src="extern.js"></script>
<script defer src="extern.js"></script>

 

• async 어트리뷰트 : HTML 파싱과 외부 자바스크립트 파일의 로드가 비동기적으로 동시에 진행 (자바스크립트의 파싱과 실행은 자바스크립트 파일의 로드가 완료된 직후 진행되며 이때 HTML 파싱이 중단된다)
• async 어트리뷰트를 여러개의 script 에 지정하면 순서와는 상관없이 로드가 완료된 자바스크립트부터 실행되어 순서 보장 X
• defer 어트리뷰트 : HTML 파싱과 외부 자바스크립트 파일의 로드가 비동기적으로 동시에 진행되지만 자바스크립트의 파싱과 실행은 HTML 파싱이 완료된 직후, 즉 DOM 생성이 완료된 직후에 진행
• DOM 생성이 완료된 이후 실행되어야 할 자바스크립트에 유용