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浏览器渲染原理

✇掘金 前端
作者 z_nb_z_k
2025年11月25日 17:04

在日常面试中，我们经常会遇到这样一个问题： “在浏览器输入 URL 后，页面是如何展现出来的？”
这个看似简单的问题，其实背后涉及浏览器渲染、网络请求、解析执行等一系列复杂流程。本文将聚焦于 浏览器渲染原理，带你梳完整过程（本文主要讲解渲染进程的工作，网络进程这里不详细解释）。

整个过程可以分为两个关键步骤：

  1. 浏览器解析 URL 并发起请求 —— 浏览器首先会解析你在地址栏输入的 URL，经过 DNS 查询、TCP/TLS 连接建立等步骤，将请求发送到服务器。
  2. 解析和渲染返回结果 —— 浏览器收到服务器返回的 HTML、CSS、JS 等资源后，会依次解析、构建 DOM、CSSOM等，最终通过渲染引擎将页面呈现出来。

浏览器解析 URL

参考资料：Chrome 官方博客：导航过程中会发生什么

第 1 步：处理输入

当用户在地址栏输入内容时，浏览器进程中的 界面线程 会立即启动，判断用户输入的是搜索关键词还是网址，并据此决定：要么将请求定向到搜索引擎，要么直接访问指定网站。

第 2 步：开始导航

用户按下 Enter 键后，UI 线程会发起网络请求以获取网站内容。此时，标签页角落会显示加载旋转图标，提示页面正在加载。

网络线程会按照网络协议处理请求，包括 DNS 查询 和建立 TLS 连接（如果是 HTTPS）。

若服务器返回 HTTP 301 等重定向响应，网络线程会通知 UI 线程，并根据重定向地址发起新的请求，完成导航流程。

第 3 步：读取响应

网络线程开始接收服务器返回的响应数据（载荷），并查看前几个字节以判断内容类型。虽然响应头中的 Content-Type 应指明数据类型，但由于可能缺失或错误，浏览器会执行 MIME 类型嗅探。

  • 如果响应是 HTML，数据会传递给渲染进程进行渲染。
  • 如果是 ZIP 或其他文件，则交由下载管理器处理。

同时，浏览器会进行安全检查：

第 4 步：查找渲染进程

完成安全检查后，如果网络线程确认导航可继续，它会通知界面线程，界面线程随后查找或启动合适的 渲染进程，以准备渲染网页。

优化机制：由于网络请求可能需要数百毫秒，浏览器会在第 2 步发起请求时，就尝试并行启动渲染进程。这意味着当数据到达时，渲染进程通常已处于待机状态。

解析和渲染返回结果

当数据和渲染进程都准备就绪后，浏览器进程会向渲染进程发送一次 提交导航（Commit Navigation） 的 IPC 信号，并将来自服务器的 HTML 数据流交给渲染进程。
渲染进程在接收到该指令后，会将“解析 HTML”的工作加入自身 渲染主线程（Main Thread） 的消息队列。

在事件循环机制的调度下，渲染主线程从队列中取出该任务并开始执行，正式进入渲染流程。

整体的渲染步骤如下图所示：

image.png

第 1 步：解析 HTML 与构建 DOM / CSSOM

服务器返回的 HTML 本质上是 字节流，浏览器会将其解码为 字符串，再进一步解析成可操作的数据结构——这就是我们熟悉的 DOM 树。同样，CSS 也会被解析成对应的 CSSOM 树。

在解析过程中：

  • 遇到 HTML 标签 ⇒ 主线程将其转换为 DOM 节点并加入 DOM 树中（树的根节点是 document）。
  • 遇到 CSS ⇒ 根据层叠规则解析生成 CSSOM 树（根节点为 StyleSheetList）。

在浏览器解析 HTML 时，即使遇到 <link> 或 <style> 标签，主线程也会继续向下解析 HTML，而不会被阻塞。这是因为浏览器会启动一个 预解析线程（Preload Scanner），提前发现并下载 CSS 等外部资源。 CSS 的下载和准备工作在这个预解析线程中完成，不会占用主线程，所以CSS 不会阻塞 HTML 解析。只有当 HTML 构建完成、CSS 下载完毕后，浏览器才会利用 CSS 生成 CSSOM 树，与 DOM 树结合形成 渲染树，用于后续页面绘制。 通过这种方式，浏览器实现了 DOM 构建与 CSS 下载的并行，提高了解析效率，同时保证页面渲染的正确性。

当浏览器解析到 <script> 标签时，会暂停 DOM 的构建，等待外部脚本下载完成，并在主线程中完成解析与执行。
原因在于：JavaScript 有能力通过 document.write、DOM API 等方式直接修改正在构建的 DOM 结构。
如果不暂停解析，一边构建 DOM、一边执行 JS，就可能导致 DOM 状态出现不一致。 因此，为了保证 DOM 构建过程的正确性和可预测性，浏览器必须中断 HTML 解析，优先执行脚本。这就是 JavaScript 会阻塞 DOM 构建的根本原因。

在解析结束之后，会得到：DOM 树 和CSSOM 树

第 2 步：样式计算

主线程会遍历构建完成的 DOM 树，并为树中每一个节点计算出它的最终样式，这个过程称为 样式计算（Computed Style） 。
样式计算结束后，我们获得的是一棵“附带最终样式信息的 DOM 树”，为后续布局阶段提供基础。

关于样式计算的具体细节，可以参考我另一篇文章：样式计算

第 3 步：布局

布局（Layout）是浏览器确定页面中每个元素几何位置和大小的过程。主线程会遍历 DOM 树，结合计算后的样式信息，生成包含 坐标、边界框尺寸 等几何信息的 布局树（Layout Tree） 。

布局树与 DOM 树的结构类似，但只包含 实际在页面中显示的内容：

  • 应用 display: none 的元素不会出现在布局树中，因为它们没有几何信息。
  • 应用 visibility: hidden 的元素仍然会在布局树中保留位置和尺寸信息。
  • 伪元素（如 p::before { content: "Hi!"; }）虽然不在 DOM 树中，但具有几何信息，因此会出现在布局树中。
  • 其他情况如匿名块盒、匿名行盒等，也会导致布局树与 DOM 树不完全一一对应。

因此，大多数情况下，DOM 树和布局树并非严格对应，布局树只关注用于渲染的几何信息，而非完整的 DOM 结构。

第 4 步：分层

为了确定哪些元素需要位于哪些层，浏览器主线程会遍历 布局树 并生成 层树（Layer Tree） 。在 Chrome DevTools 的性能面板中，这一阶段通常显示为“更新层树”。

分层的核心目的是 提升渲染效率。浏览器会根据提示提前为元素分配独立层，优化动画或滚动等操作的渲染效率。
将页面划分为独立的层后，如果某个层的内容发生变化，浏览器只需要重绘该层，而无需重新渲染整个页面。

如下图所示：
image.png

某些 CSS 属性和布局特性会自动触发分层，例如：

  • transform、opacity、filter
  • position: fixed / sticky
  • overflow: scroll / auto
  • z-index / 堆叠上下文

此外，如果希望浏览器为某些元素创建独立层，可以使用 will-change 属性向浏览器发出提示：

.menu {
  will-change: transform;
}
补充说明
  • 分层不会改变 DOM 结构或布局，只是为渲染过程划分优化单位。
  • 虽然分层可以提高性能，但过度分层会增加 GPU 内存占用，因此应谨慎使用 will-change，仅对频繁变化的元素设置。

第 5 步：绘制（生成绘制指令）& 分块

  • 绘制阶段（主线程）

    • 主线程会为每个独立层生成对应的 绘制指令集（Paint Commands），用于描述这一层应该如何渲染，包括颜色、边框、文字、图片等。
    • 绘制指令通常以矢量或命令序列的形式存在，而不是直接生成位图，这样可以提高渲染效率和重绘灵活性。
    • 绘制完成后，主线程将每个层的绘制信息 提交给合成线程（Compositor Thread），主线程任务结束。

  • 分块阶段（合成线程）

    • 合成线程为了优化 GPU 渲染，会将每个图层划分为更小的 绘制块（Tiles） 。

    • 分块的优势：

      • 局部更新：只重绘变化的块，减少不必要的 GPU 负担。
      • 并行处理：可从线程池中获取多个线程同时处理不同块，提高处理速度。
      • 内存优化：分块渲染可以让 GPU 更好地管理显存，避免一次性加载大图层导致内存峰值过高。

image.png

第 6 步：光栅化

在渲染流程中，合成线程会将页面的图层信息（Layer / Tile）交给 GPU 进程，以高效完成 光栅化。

光栅化的本质是将矢量图形、文本、图层等内容转化为 像素位图（bitmap） ，方便最终在屏幕上显示。

  • GPU 进程通常会开启多个线程并行处理不同的瓦片（Tile），提升渲染效率。
  • 浏览器会优先处理靠近视口（Viewport）区域的块，以确保用户能尽快看到可视内容，提高 首屏渲染性能（FCP / First Contentful Paint） 。
  • 光栅化完成后，每个图层或瓦片都会生成一块位图，为最终的 合成（Compositing） 做准备。

第 7 步：页面绘制

在光栅化完成后，合成线程（Compositor Thread） 会拿到每个图层（Layer）和瓦片（Tile）的位图，并生成对应的 绘制指引（quad） 。

  • Quad 的作用：指示每块位图在屏幕上的显示位置，同时包含旋转、缩放、透明度等变换信息。
  • 高效变换：变换（transform）操作发生在合成线程，而不需要经过渲染主线程。这就是 CSS transform 和 opacity 能够实现 GPU 加速、渲染性能高的原因。

合成线程生成 quad 后，会将其提交给 GPU 进程。GPU 进程通过系统调用与 GPU 硬件交互，完成最终的像素合成，将页面内容呈现在屏幕上。

补充总结：

  • 渲染主线程负责构建 DOM、CSSOM、渲染树、布局和绘制图层内容；
  • 合成线程只负责图层组合和变换操作；
  • GPU 负责将最终像素输出到显示器，实现高效渲染。

流程总结：

第一步 浏览器解析 URL：

image.png

第二步：解析和渲染：

image.png

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