[모던 Deep Dive] 브라우저의 렌더링 과정

* 이 글은 모던 Deep Dive 자바스크립트 브라우저의 렌더링 과정을 단순 요약한 글입니다.

브라우저의 렌더링 과정

출처 : 자바스크립트 모던 Deep Dive

브라우저 렌더링 과정은 브라우저가 서버로부터 필요한 것을 요청하고, 서버는 응답해주는 방식으로 진행된다. 

1. 브라우저는 HTML, CSS, 자바스크립트, 이미지, 폰트 파일 등 렌더링에 필요한 리소스를 요청하고, 서버는 응답한다.
2. 브라우저 렌더링 엔진은 서버로부터 응답된 HTML과 CSS를 파싱하여 DOM과 CSSOM을 생성한다.
     그리고 이를 결합하여 렌더 트리를 생성한다.
3-1. 브라우저의 자바스크립트 엔진은 서버로부터 응답된 자바스크립트를 파싱하여 AST(Abstract Syntax tree)를 생성하고
    바이트 코드로 변환하여 실행한다. 
3-2. 자바스크립트에서 DOM API를 통해 DOM 이나 CSSOM을 변경할 수 있다. 변경된 DOM 과 CSSOM은 다시 렌더트리로
        결합된다.
4. 렌더 트리를 기반으로 HTML 요소의 레이아웃을 계산하고 브라우저 화면에 HTML 요소를 페인팅 한다.

요청과 응답

주소창에 tistory.com 을 입력해보자. 주소창에 URL을 입력함으로써 URL의 호스트 이름이 DNS를 통해 IP 주소로 변환되고, IP 주소를 갖는 서버에 요청을 전송한다.

 

한 번 개발자 도구로 네트워크 탭을 확인해보자. 하단과 같이 브라우저에서 css파일과 js 파일 뿐만 아니라 폰트 파일과 이미지 파일까지 서버로부터 응답을 받고 있다는 사실을 확인할 수 있다. 이는 브라우저 렌더링이 HTML을 파싱하는 과정에서 외부 리소스를 로드하는 태그(link 태그, img 태그, script 태그 등)를 만다면 HTML 파싱을 일시 중단하고 해당 리소스 파일을 서버로 요청하기 때문이다.

브라우저는 서버에 필요한 데이터를 요청한다.

서버는 CSS파일과 JS 파일을 보내준다.

서버에서 폰트 파일과 이미지 파일도 보내준다.

HTTP 1.1과 HTTP 2.0

HTTP는 0.9버전부터 1.0, 1.1, 2.0 버전까지 진화했다. 책에서는 1.1과 2.0 을 간략하게 비교하고 있는데 요약하면 이렇다.

1. HTTP 1.1 

기본적으로 커넥션당 하나의 요청과 하나의 응답만 처리한다. 여러 개의 요청 또는 응답을 한 번에 전송할 수 없다. 따라서 리소스의 개수가 많아질수록 응답 시간이 증가하는 단점이 있다.

2. HTTP 2.0

HTTP 2.0은 다중 요청과 응답이 가능하다. 동시 전송이 가능하기 때문에 HTTP 1.1보다 페이지 로드 속도가 빠르다.

 

HTTP 를 추가적으로 공부하고 싶다면 하단 링크를 보면 될 것 같다!

HTTP의 진화 - HTTP | MDN

HTML 파싱과 DOM 생성

브라우저가 서버로 요청한 결과 받은 HTML 문서는 순수 텍스트이다. 이 텍스트를 브라우저에 픽셀로 렌더링하기 위해서는 브라우저가 HTML 문서를 이해할 수 있도록 객체로 변환해 메모리에 저장해야 한다. 

 

메모리에 저장된 HTML 파일은 [바이트] -> [문자] -> [토큰] -> [노드] 로 변환된 후 노드로 구성된 트리 형태의 DOM 을 만든다. 따라서 DOM은 HTML 문서를 파싱한 결과물이다. 

1. 브라우저는 서버가 응답한 HTML 문서를 바이트(2진수) 형태로 응답 받는다.
2. 바이트 형태의 문서는 charset 어트리뷰트에서 지정한 인코딩 방식을 기준으로 문자열로 변환된다.
3. 문자열로 변환된 HTML 문서는 문법적 의미를 갖는 코드의 최소 단위인 토큰(Token)들로 분해된다.
4. 각 토큰들을 객체로 변환하여 노드(Node)를 생성한다. 노드는 문서 노드, 요소 노드, 어트리뷰트 노두, 텍스트 노드가 있으며 DOM을 구성하는 기본 요소가 된다.
5. HTML 요소는 중첩관계를 갖는다. 부모-자식 관계를 반영해 노드들은 트리 자료구조로 구성된다. 

CSS 파싱과 CSSOM 생성

렌더링 엔진은 HTML을 위에서부터 아래로 한 줄씩 파싱하면서 DOM 을 생성한다. 그러다 link 태그나 style 태그를 만나면 CSS를 로드하기 위해 DOM 생성을 일시 중단한다. CSS도 HTML 문서를 파싱한 것과 마찬가지로 [바이트] -> [문자] -> [토큰] -> [노드] 로 변환하여 CSSOM을 생성한다. 이때 CSSOM은 CSS 프로퍼티의 상속을 반영하여 생성된다. 그리고 CSS 파싱이 끝나면  HTML 파싱이 중단된 지점부터 다시 파싱한다.

 

렌더 트리 생성

HTML과 CSS 파싱 결과로 DOM 과 CSSOM이 생성된다. 이 둘은 렌더링을 위해 렌더 트리로 결합된다. 렌더 트리는 렌더링을 위한 트리 구조의 자료 구조다. 따라서 화면에 렌더링되지 않는 meta 태그, script 태그, display:none 등은 노드에 포함되지 않는다. 렌더 트리가 완성되면 렌더 트리는 HTML 요소의 레이아웃을 계산하는 데 사용되며, 브라우저 화면에 픽셀을 렌더링하는 페인팅 처리에 입력된다.

 

브라우저 렌더링은 반복될 수 있다. 리렌더링 (레이아웃 계산과 페인팅이 다시 실행) 되는 상황은 다음과 같다.

1. 자바스크립트에 의해 노드가 추가되거나 삭제될 때
2. 브라우저 창의 사이즈 변경에 따라 뷰포트 크기가 변경될 때
3. HTML 요소의 레이아웃을 변경시키는 CSS 속성의 변경(margin, padding, display, position 등)

잦은 리렌더링은 성능에 좋지 않은 영향을 주므로 리렌더링이 자주 발생하지 않도록 관리해야 한다.

 

자바스크립트 파싱과 실행

DOM은 HTML 문서의 구조와 정보를 제공할 뿐만 아니라 HTML 요소와 스타일 등을 변경할 수 있는 DOM API를 제공한다. 다시 말해 자바스크립트 코드에서 DOM API를 사용하여 이미 생성된 DOM 을 동적으로 조작할 수 있다. 

 

자바스크립트 파싱 과정도 CSS 파싱 과정처럼 HTML을 한 줄씩 해석하며 DOM을 생성하다가 script 태그를 만나면 DOM 생성을 일시 중단한다. 다만 자바스크립트 코드를 파싱하기 위해 자바스크립트 엔진에 제어권을 넘기고, 자바스크립트 파싱과 실행이 종료되면 다시 렌더링 엔진이 제어권을 넘겨 받아 HTML 파싱을 재개한다.

 

자바스크립트 엔진은 자바스크립트 코드를 파싱하고 CPU가 이해할 수 있는 저수준 언어로 변환 및 실행하는 역할을 한다. 자바스크립트 코드 파싱의 결과로 AST(Abstract Syntax Tree : 추상적 구문 트리)가 생성된다. 그리고 이를 기반으로 인터프리터가 실행할 수 있는 중간코드인 바이트코드를 생성하여 실행한다. 자바스크립트 엔진에는 구글 크롬과 Node.js의 V8, 파이어폭스의 spiderMonkey, 사파리의 JavasciprtCore 등이 있으며 모든 자바스크립트 엔진은 ECMAScript 사양을 준수한다.

 

1. 토크나이징(tokenizing) : 문자열인 자바스크립트 소스코드를 어휘 분석하여 토큰으로 분해한다. 
2. 파싱(parsing) : 토큰들의 집합을 구문 분석하여 AST를 생성한다. AST는 토큰에 문법적 의미와 구조를 반영한 트리 구조의 자료구조다.
3. 바이트코드 생성과 실행 : AST는 바이트코드로 변환되고 인터프리터에 의해 실행된다. 

리플로우와 리페인트

DOM API 사용으로 DOM 이나 CSSOM 이 변경되면 변경된 DOM과 CSSOM은 다시 렌더 트리로 결합된다. 그리고 변경된 렌더 트리를 기반으로 레이아웃과 페인트 과정을 다시 거쳐 브라우저 화면이 재렌더링되는데, 이를 리플로우와 리페인트라고 한다. 리플로우와 리페인트중 변화가 생긴 것만 실행될 뿐 반드시 두 개가 동시에 실행되어야 하는 것은 아니다. 

 

자바스크립트 파싱에 의한 HTML 파싱 중단

브라우저 렌더링 엔진과 자바스크립트 엔진은 직렬적으로 파싱을 수행한다. 이 의미는 브라우저 렌더링과 자바스크립트 엔진이 동시에 작업하지 않고, HTML 또는 CSS 파싱을 하다가 자바스크립트를 로드하는 태그를 만나면 자바스크립트를 파싱한다는 말이다. 브라우저는 위에서부터 아래로 파싱하기 때문에 script 태그의 위치에 따라 HTML 파싱이 블로킹되어 DOM 생성이 지연될 수 있다. 항상 자바스크립트 코드에서 DOM이나 CSSOM을 변경하는 DOM API를 사용할 경우 DOM 이나 CSSOM 이 이미 생성된 상태여야 한다. 

 

script 태그의 async/defer 어트리뷰트

HTML5부터 script 태그에 async와 defer 어트리뷰트가 추가되었다. 이 어트리뷰트는 HTML 파싱과 외부 자바스크립트 파일의 로드가 비동기적으로 동시에 일어날 수 있게 해준다. 두 가지 모두 src 어트리뷰트를 통해 외부 자바스크립트 파일을 로드하는 경우에만 사용할 수 있고, 인라인 자바스크립트에는 사용할 수 없다. 

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