[8주차 스터디]38장-브라우저 렌더링

브라우저의 렌더링 과정

• 클라이언트 사이드의 자바스크립트는 브라우저 위에서 동작합니다.
• 브라우저가 HTML, CSS, javascript 로 작성된 텍스트 문서를 어떻게 파싱하여 렌더링하는지 이해하는 것이 중요합니다.

파싱(parsing)

• 파싱(구문 분석 syntax analysis)은 텍스트 문서를 읽어들여 실행하기 위해 텍스트 문서의 문자열을 토큰(token)으로 분해(어휘 분석 lexical analysis)하고 토큰의 문법적 의무와 구조를 반영하여 파스 트리(parse tree)를 생성하는 일련의 과정을 말합니다.
• 파싱이 완료된 이후에는 파스트리를 기반으로 중간언어인 바이트코드를 생성하고 실행합니다.

렌더링(rendering)

• 렌더링 HTML, CSS 자바스크립트로 작성된 문서를 파싱하여 브라우저에 시각적으로 출력하는 것을 말한다.
• 브라우저 렌더링 과정
  1. 브라우저는 HTML, CSS, JS 등 렌더링에 필요한 리소스를 요청하고 서버로 부터 응답을 받는다.
  2. 브라우저의 렌더링엔진은 서버로부터 응답된 HTML과 CSS를 파싱하여 DOM과 CSSOM을 생성하고 이를 결합하여 렌더 트리를 생성
  3. 브라우저의 자바스크립트 엔진은 서버로 부터 응답된 자바스크립트를 파싱하여 AST(Abstract Syntax Tree)를 생성하고 바이트코드로 변환하여 실행(이때 자바스크립트는 DOM API를 통해 DOM이나 CSSOM을 변가능)
  4. 렌더 트리를 기반으로 HTML 요소의 레이아웃을 계산하고 브라우저 화면에 HTML요소를 페인팅한다.

요청과 응답

• 브라우저의 핵심 기능은 필요한 리소스(HTML, CSS, JS 등등..)를 요청(request)하고 응답(response)받아 브라우저에 렌더링하는 것이다.
• 렌더링에 필요한 리소스는 모두 서버에 존재하므로 필요한 리소스를 서버에 요청하고 응답 받은 리소스를 파싱하여 렌더링 하는 것
• 브라우저는 서버에 요청을 전송하기 위해 주소창을 제공한다.
• 주소창에 URL을 입력하여 전송 하면 URL의 호스트 이름이 DNS를 통해 IP주소로 변환되고 이 IP 주소를 갖는 서버에게 요청을 전송한다.
• 루트 요청은 암묵적으로 index.html을 응답
• index.html이 아닌 다른 정적 파일을 요청할 경우 해당 정적 파일을 경로를 Path에 기술하여 서버에 요청

  자바스크립트를 통해 동적으로 데이터를 요청할 수 있는데 이를 'ajax'라고 합니다.

• 서버에 index.html 요청시 CSS, JS, 이미지, 폰트 등 외부 리소스도 같이 응답 됩니다.

  이는 브라우저 엔진이 HTML을 파싱하는 도중 img, link, script 등의 태그를 만나면 HTML파싱을 잠시 중단하고 외부 리소스 파일을 요청하기 때문

HTTP 1.1 과 HTTP 2.0

• HTTP(HyperText Transfer Protocol)는 웹에서 브라우저와 서버가 통기하기 위한 프로토콜 입니다.
• HTTP/1.1은 기본적으로 커넥션당 하나의 요청과 응답만 처리합니다.
• HTTP/2.0은 커넥션당 여러개의 요청과 응답, 즉 다중 요청/응답이 가능합니다.
• 여러 리소스의 동시 전송이 가능하므로 HTTP/1.1에 비해 로드 속도가 더 빠릅니다.

HTML 파싱과 DOM 생성

• HTML 문서는 문자열로 이루어진 순서한 텍스트입니다.
• HTML 문서를 브라우저에 시각적인 픽셀로 렌더링 하려면, 브라우저가 이해할 수 있는 자료 구조(객체)로 변환하여 메모리에 저장해야 합니다.
• 즉, 브라우저 엔진은 HTML문서를 파싱하여 브라우저가 이해할 수 있는 자료구조인 DOM(Document Object Model)을 생성합니다.

DOM 생성 과정

1. 서버에 존재하던 HTML 파일이 브라우저 요청에 의해 응답 된다.
2. 서버는 요청된 HTML 파일을 읽어들여 메모리에 저장한 다음 메모리에 저장된 바이트(2진수)를 경유하여 응답
3. 브라우저는 서버가 응답한 HTML 문서를 바이트(2진수)형태로 응답받음
4. 응답된 HTML 문서는 meta 태그의 charset 어티리뷰트에 의해 지정된 인코딩 방식을 기준으로 문자열변환
   (이때 meta 태그의 어트리뷰트는 응답 헤더(response header)에 담겨 응답됩니다.)
5. 문자열로 변환된 HTML 문서를 읽어 들여 문법적 의미를 갖는 코드의 최소 단위인 토큰(token)들로 분해
6. 각 토큰들을 객체로 변환하여 노드(node)를 생성 (토큰의 내용에 따라 문서 노드, 요소 노드 등으로 분류)
7. HTML 문서는 HTML 요소들의 집합으로 이루어지며 HTML 요소는 중첩관계를 갖는다. 즉, 중첩 관계에 의해 형성된 노드들을 트리 구조로 구성, 노드들로 이루어진 트리 자료구조를 DOM이라고 한다.

CSS 파싱과 CSSOM 생성

• 렌더링 엔진은 DOM을 생성하다 CSS를 로드하는 link 태그나 style태그를 만나면 DOM 생성을 일시 중단합니다.
• CSS 파일이나 style 태그 내의 CSS를 HTML과 동일한 과정으로 파싱하여 CSSOM(CSS Object Model) 생성
• CSSOM이 생성 완료되면 일시 중단되 DOM 트리 생성을 재개
• CSSOM은 상속관계를 반영

렌더 트리 생성

• DOM 과 CSSOM은 렌더링을 위해 렌더 트리(render tree)로 결합됨
• 렌더 트리는 렌더링을 위한 자료 구조로 브라우저 화면에 표시 되지 않는 노드(meta 태그 혹은 display : none 등..)는 포함되지 않는다.
• 완성된 렌더 트리는 각 HTML요소의 레이아웃을 계산하는 데 사용되며 브라우저 화면에 픽셀을 렌더링하는 페인팅 처리에 입력된다.
• 정리 : 렌더트리 생성 -> 레이 아웃 계산 -> 페인팅 과정
• 위 렌더링 과정은 다음과 같은 경우 반복적으로 실행 될 수 있다.
  1. 자바스크립트에 의한 노드 추가 또는 삭제
  2. 브라우저 창의 리사이징에 의한 뷰포트 크기 변경
  3. HTML 요소의 레이아웃 변경(width, margin, padding, display, position 등의 스타일 변경)

리렌더링은 성능에 악영향을 주는 작업이므로 주의할 필요가 있다.

자바스크립트 파싱과 실행

• DOM은 HTML 문서의 구조와 정보 뿐만 아니라 HTML요소와 스타일 등을 변경할 수 있는 DOM API를 제공
• CSS 파싱과정과 동일하게 DOM 생성과정에서 자바스크립트 파일을 로드하는 script태그를 만나면 DOM 생성을 중지
• script 태그에 요청된 자바스크맂트 코드를 파싱하기위해 제어권을 자바스크립트 엔진으로 넘김, 이후 자바스크립트 파싱과 실행이 종료되면 렌더링 엔진으로 다시 제어권을 넘김
• 자바스크립트 엔진은 DOM이나 CSSSOM을 생성하듯이 자바스크립트를 해석하여 추상 구문 트리(AST, Abstract Syntax Tree)를 생성
• AST를 기반으로 인터프리터가 바이트코드를 생성

토크나이징(tokenizing)

• 단순 문자열인 자바스크립트 소스코드를 어휘 분석(lexical analysis)하여 문법적 의미를 갖는 코드의 최소 단위인 토큰들로 분해, 이 과정을 렉싱(lexing)이라고함

파싱(parsing)

• 토큰들의 집합을 구분 분석하여 AST를 생성 (AST는 토큰에 문법적 의미와 구조를 반영한 트리 구조)
• AST를 사용하여 인터프리터나 컴파일러를 구현
• TypeScript, Babel, Prettier 같은 트랜스 파일러 또한 구현 가능

바이트 코드 생성과 실행

• 파싱의 결과물로서 생성된 AST는 인터프리터가 실행할 수 있는 중간 코드인 바이트코드로 변환되고 인터프리터에 의해 실행.
• V8 엔진의 경우 자주 사용되는 코드는 터보팬(TurboFan)이라 불리는 컴파일러에 의해 최적화된 머신 코드(optimized machine code)로 컴파일되어 성능을 최적화.
• 코드의 사용 빈도가 적어지면 다시 디옵티마이징(deoptimizing)하기도 함.

리플로우와 리페인트

• DOM API를 사용하여 DOM이나 CSSOM을 변경할 수 있음
• 변경된 DOM과 CSSOM은 다시 렌더트리로 결합 되고 레이아웃 계산, 페인트과정을 거쳐 브라우저의 화면에 다시 렌더링 한다, 이를 리플로우(reflow), 리페인트(repaint)라고 한다.
• 리플로우 : 레이아웃 계산을 다시하는 것(노드 추가/삭제, 요소 크기/위치 변경, 윈도우 리사이징 등등..)
• 리페인팅 : 변경된 사항을 렌더트리와 결합하여 다시 페인팅하는 과정을 말함

  레이아웃에 변경이 없는 경우 레페인팅만 일어남

자바스크립트 파싱에 의한 HTML 파싱 중단

• 렌더링 엔진과 자바스크립트 엔진은 병렬적으로 파싱을 실행하지 않고 직렬적으로 파싱을 수행합니다.
• 브라우저는 동기적(synchronous)으로, 위에서 아래 방향으로 순차적으로 파싱하고 실행합니다

  따라서 script 태그의 위치는 중요한 의미를 갖는다.

• 예를 들어 header에서 DOM을 조작하는 경우 실행 시점에 HTML 요소가 전부 파싱되어 렌더 트리가 형성되어 있지 않기 때문에 에러가 날 수 있다.
• <script>태그를 body 요소의 가장 아래에 위치 시키는 것도 방법

  이렇게 하면 DOM이 완성된 상태에서 자바스크립트가 실행 되어 에러가 나지 않음
  자바스크립트 로딩/파싱/실행 으로 인해 HTML요소들의 렌더링에 지장받는 일이 발생하지 않아 페이지 로딩 시간 단축

script 태그의 async / defer 어트리뷰트

• 자바스크립트 파싱에 의한 DOM 생성 중단 (blocking)문제를 해결하기 위해 HTML5부터 script 태그에 async 와 defer 어트리뷰트가 추가되었다.
• async /defer 어티리뷰트는 src 통해 외부 자바스크리트 파일을 로드하는 경우에만 사용할 수 있다.
• HTML 파싱과 자바스크립트 파일의 로드를 비동기적으로 진행하기 위해 사용한다.
• async / defer 차이점은 자바스크립트의 실행 시점

async 어트리뷰트

• HTML 파싱과 자바스크립트 파일 로드가 비동기적으로 진행
• 단, 자바스크립트 파싱과 실행은 자바스크립트 파일의 로드가 완료된 직후 진행되며, 이때 HTML 파싱 중단
• script 태그의 순서와 상관없이 로드가 완료된 자바스크립트 부터 실행되므로 순서가 보장되지 않는다.

defer 어트리뷰트

• async 와 마찬가지로 자바스크립트 파일의 로드가 비동기적으로 진행
• 단, 자바스크립트 파싱과 실행은 HTML 파싱이 완료된 직후, 즉 DOM 생성이 완료된 직후 진행

  DOM 생성이 완료된 직후에 DOMContentLoaaded 이벤트가 발생합니다.