[모던 자바스크립트 딥다이브] 38장 브라우저의 렌더링 과정

브라우저의 렌더링 과정

1. 브라우저는 HTML, CSS, 자바스크립트, 이미지, 폰트 파일 등 렌더링에 필요한 리소스를 요청하고 서버로부터 응답을 받음
2. 브라우저의 렌더링 엔진은 서버로부터 응답된 HTML, CSS를 파싱해 DOM과 CSSOM을 생성하고 이들을 결합해 렌더 트리를 생성함
3. 브라우저의 자바스크립트 엔진은 서버로부터 응답된 자바스크립트를 파싱해 AST(Abstract Syntax Tree)를 생성하고 바이트코드로 변환해 실행함. 이때 자바스크립트는 DOM API를 통해 DOM이나 CSSOM을 변경할 수 있음. 변경된 DOM과 CSSOM은 다시 렌더 트리로 결합됨
4. 렌더 트리를 기반으로 HTML 요소의 레이아웃(위치와 크기)를 계산하고 브라우저 화면에 HTML 요소를 페인팅함

 

파싱 : 프로그래밍 언어의 문법에 맞게 작성된 텍스트 문서를 읽어 들여 실행하기 위해 텍스트 문서의 문자열을 토큰으로 분해하고, 토큰에 문법적 의미와 구조를 반영하여 트리 구조의 자료구조인 파스 트리를 생성하는 일련의 과정을 말한다. 일반적으로 파싱이 완료된 이후에는 파스 트리를 기반으로 중간 언어인 바이트코드를 생성하고 실행한다. 

렌더링 : HTML, CSS, 자바스크립트로 작성된 문서를 파싱하여 브라우저에 시각적으로 출력하는 것

 

 

요청과 응답

• 브라우저의 핵심 기능은 필요한 리소스를 서버에 요청하고 서버로부터 응답을 받아 브라우저에 시각적으로 렌더링하는 것
• 서버에 요청을 전송하기 위해 브라우저는 주소창을 제공
• 브라우저의 주소창에 URL을 입력하고 엔터 키를 누르면 URL의 호스트 이름이 DNS를 통해 IP 주소로 변환되고 이 IP 주소를 갖는 서버에게 요청을 전송함
• 서버는 루트 요청에 대해 서버의 루트 파일에 존재하는 정적 파일 index.html을 클라이언트로 응답함 (기본 설정임)
• 브라우저 렌더링 엔진이 HTML을 파싱하는 도중 외부 리소스를 로드하는 태그, 즉 CSS 파일을 로드하는 link 태크, 이미지 파일을 로드하는 img 태그, 자바스크립트를 로드하는 script 태그 등을 만나면 HTML의 파싱을 일시 중단하고 해당 리소스 파일을 서버로 요청함

 

HTTP 1.1과 HTTP 2.0

• HTTP
  • 웹에서 브라우저와 서버가 통신하기 위한 프로토콜(규약)
• HTTP/1.1
  • 커넥션당 하나의 요청과 응답만 처리함
  • 리소스의 동시 전송이 불가능한 구조이므로 요청할 리소스의 개수에 비례해 응답 시간도 증가하는 단점이 있음
• HTTP/2.0
  • 커넥션당 다중 요청/응답이 가능함
  • HTTP/1.1에 비해 페이지 로드 속도가 약 50% 빠름

 

HTML 파싱과 DOM 생성

• HTML 문서는 문자열로 이루어진 순수한 텍스트
• HTML 문서를 브라우저에 렌더링하려면 HTML 문서를 브라우저가 이해할 수 있는 자료구조(객체)로 변환해 메모리에 저장해야 함
• 브라우저의 렌더링 엔진은 HTML 문서를 파싱하여 브라우저가 이해할 수 있는 자료구조인 DOM(Document Object Model)을 생성함
• 과정
  1. 서버에 존재하던 HTML 파일이 브라우저의 요청에 의해 응답됨. 이때, 서버는 브라우저가 요청한 HTML 파일을 읽어 들여 메모리에 저장한 다음 메모리에 저장된 바이트(2진수)를 인터넷을 경우해 응답함
  2. 브라우저는 서버가 응답한 HTML 문서를 바이트(2진수) 형태로 응답받음. 그리고 응답된 바이트 형태의 HTML 문서는 meta 태그의 charset 어트리뷰트에 의해 지정된 인코딩 방식(예 : UTF-8)을 기준으로 문자열로 변환됨. 브라우저는 이를 확인하고 문자열로 변환함
  3. 문자열로 변환된 HTML 문서를 읽어 들여 문법적 의미를 갖는 코드의 최소 단위인 토큰들로 분해함
  4. 각 토큰들을 객체로 변환하여 노드를 생성함. 토큰의 내용에 다라 문서 노드, 요소 노드, 어트리뷰트 노드, 텍스트 노드가 생성됨. 노드는 이후 DOM을 구성하는 기본 요소가 됨
  5. HTML 문서는 HTML 요소들의 집합으로 이루어지며 HTML 요소는 중첩 관계를 갖음. 즉, HTML 요소의 콘텐츠 영역(시작 태그와 종료 태그 사이)에는 텍스트뿐만 아니라 다른 HTML 요소도 포함될 수 있음. 이때 HTML 요소 간에는 중첩 관계에 의해 부자 관계가 형성됨. 이러한 HTML 요소 간의 부자 관계를 반영하여 모든 노드들을 트리 자료구조로 구성함. 이 노드들로 구성된 트리 자료구조를 DOM이라 부름

 

 

CSS 파싱과 CSSOM 생성

• 렌더링 엔진은 HTML을 파싱하여 DOM을 생성해 나가다가 CSS를 로드하는 link 태그나 style 태그를 만나면 DOM 생성을 일시 중단함
• link 태그의 href 어트리뷰트에 지정된 CSS 파일을 서버에 요청하여 로드한 CSS 파일이나 style 태그 내의 CSS를 HTML과 동일한 파싱 과정(바이트 -> 문자 -> 토큰 -> 노드 -> CSSOM) 을 거치며 해석하여 CSSOM을 생성함. 이후 CSS 파싱을 완료하면 HTML파싱이 중단된 지점부터 다시 HTML을 파싱하기 시작하여 DOM 생성을 재개함
• CSSOM은 CSS의 상속을 반영해 생성됨

 

 

렌더 트리 생성

• 렌더링 엔진은 DOM과 CSSOM을 렌더링을 위해 렌더 트리로 결합함
• 렌더 트리는 렌더링을 위한 트리 구조의 자료 구조이므로 브라우저 화면에 렌더링되지 않는 노드와 CSS에 의해 비표시되는 노드들은 포함하지 않음. 즉, 렌더 트리는 브라우저 화면에 렌더링되는 노드만으로 구성됨
• 렌더 트리는 각 HTML 요소의 레이아웃(위치와 크기)을 계산하는 데 사용되며 브라우저 화면에 픽셀을 렌더링하는 페인팅 처리에 입력됨

 

브라우저의 렌더링 과정 반복 실행(리랜더링) 예시

• 자바스크립트에 의한 노드 추가 또는 삭제
• 브라우저 창의 리사이징에 의한 뷰포트 크기 변경
• HTML 요소의 레이아웃에 변경을 발생시키는 스타일 변경

 

 

자바스크립트 파싱과 실행

• 렌더링 엔진은 DOM을 생성해 나가다가 자바스크립트 파일을 로드하는 script 태그나 자바스크립트 코드를 콘텐츠로 담은 script 태그를 만나면 DOM 생성을 일시 중단함
• script 태그의 src 어트리뷰트에 정의된 자바스크립트 파일을 서버에 요청하여 로드한 자바스크립트 파일이나 script 태그 내에 자바스크립트 코드를 파싱하기 위해 자바스크립트 엔진에 제어권을 넘김
• 자바스크립트 파싱과 실행이 종료되면 렌더링 엔진으로 다시 제어권을 넘겨 HTML 파싱이 중단된 지점부터 다시 HTML 파싱을 시작하여 DOM 생성을 재개함
• 자바스크립트 엔진은 자바스크립트를 해석하여 AST(Abstract Syntax Tree)인 추상적 구문 트리를 생성함
• AST를 기반으로 인터프리터가 실행할 수 있는 중간 코드인 바이트코드를 생성하여 실행함

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

 

파싱 : 토큰들의 집합을 구문 분석하여 AST를 생성함. AST는 토큰에 문법적 의미와 구조를 반영한 트리 구조의 자료구조. AST는 인터프리터나 컴파일러만이 사용하는 것은 아님. Typescript, Babel, Prettier 같은 트랜스파일러를 구현할 수 있음

 

 

리플로우와 리페인트

• 자바스크립트 코드에 DOM이나 CSSOM을 변경하는 DOM API가 사용된 경우 DOM이나 CSSOM이 변경됨
• 다시 렌더 트리로 결합되고 변경된 렌더 트리를 기반으로 레이아웃과 페인트 과정을 거쳐 브라우저의 화면에 렌더링함
• 리플로우
  • 레이아웃 계산을 다시 하는 것
  • 노드의 추가/삭제, 요소의 크기/위치 변경, 윈도우 리사이징 등 레이아웃에 영향을 주는 변경이 발생한 경우에 한하여 실행됨
• 리페인트
  • 재결합된 렌더 트리를 기반으로 다시 페인트를 하는 것

 

자바스크립트 파싱에 의한 HTML 파싱 중단

• 렌더링 엔진과 자바스크립트 엔진은 병렬적으로 파싱을 실행하지 않고 직렬적으로 수행함
• 브라우저는 동기적으로, 즉 위에서 아래 방향으로 순차적으로 HTML, CSS, 자바스크립트를 파싱하고 실행함
• script 태그의 위치에 따라 HTML 파싱이 블로킹되어 DOM 생성이 지연될 수 있음을 의미 => script 태그의 위치는 중요한 의미를 갖음
• 보통 body요소의 가장 아래에 자바스크립트를 위치시킴
  • DOM이 완성되지 않은 상태에서 자바스크립트가 DOM을 조작하면 에러가 발생할 수 있음
  • 자바스크립트 로딩/파싱/실행으로 인해 HTML 요소들의 렌더링에 지장받는 일이 발생하지 않아 페이지 로딩 시간이 단축됨

 

script 태그의 async/defer 어트리뷰트

• 자바스크립트 파싱에 의한 DOM 생성이 중단되는 문제를 근본적으로 해결하기 위해 HTML5부터 script 태그에 async와 defer 어트리뷰트가 추가됨
• scr 어트리뷰트를 통해 외부 자바스크립트 파일을 로드하는 경우에만 사용 가능 (인라인 자바스크립트에는 사용 불가)
• async와 defer 어트리뷰트를 사용해 HTML 파싱과 외부 자바스크립트 파일의 로드가 비동기적으로 동시에 진행됨
• async
  • HTML 파싱과 외부 자바스크립트 파일의 로드가 비동기적으로 동시에 진행됨
  • 단, 자바스크립트의 파싱과 실행은 자바스크립트 파일의 로드가 완료된 직후 진행되며, 이때 HTML 파싱이 중단됨
  • 순서 보장이 필요한 script 태그에는 async 어트리뷰트 지정하지 않아야 함
• defer
  • HTML 파싱과 외부 자바스크립트 파일의 로드가 비동기적으로 동시에 진행됨
  • 자바스크립트 파싱과 실행은 HTML 파싱이 완료된 직후, 즉 DOM 생성이 완료된 직후에 진행됨