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브라우저의 렌더링 과정
웹 어플리케이션의 클라이언트 사이드 자바스크립트는 브라우저에서 HTML, CSS와 함께 실행된다. 이와 관련하여 브라우저가 HTML, CSS, JS로 작성된 문서를 어떻게 파싱하여 브라우저에 렌더링하는 지 알아보자.
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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 파스트리를 생성하는 일련의 과정
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렌더링: HTML, CSS, JS로 작성된 문서를 파싱하여 브라우저에 시각적으로 출력하는 것
브라우저 렌더링 과정
1.
브라우저가 HTML, CSS, JS, 이미지, 폰트 파일등 렌더링에 필요한 리소스를 요청하고 서버로부터 응답받음
2.
HTML, CSS를 파싱하여 DOM, CSSOM을 생성하고 이들을 결합하여 렌더트리 생성
3.
JS를 파싱하여 AST를 생성하고 바이트 코드로 변환하여 실행. 이때 JS는 DOM API를 통해 DOM이나 CSSOM을 변경 가능. 변경된 DOM과 CSSOM은 다시 렌더 트리로 결합.
4.
렌더 트리를 기반으로 HTML 요소의 레이아웃을 계산하고 브라우저 화면에 HTML 요소 페인팅.
요청과 응답
브라우저는 렌더링에 필요한 리소스를 서버에 요청하여 응답한 리소스를 파싱하여 렌더링한다.
이를 위해 주소창을 제공하고, URL을 입력하면 URL의 호스트 이름이 DNS를 통해 IP주소로 변환되고 이 IP 주소를 갖는 서버어게 요청을 전송한다.
브라우저의 렌더링 엔진이 HTML을 파싱하는 도중 외부 리소스를 로드하는 태그 (link, img, script)를 만나면 파싱을 일시 중단하고 해당 리소스 파일을 서버로 요청한다.
HTTP 1.1과 HTTP 2.0
HTTP는 웹에서 브라우저와 서버가 통신하기 위한 프로토콜이다.
HTTP/1.1은 기본적으로 커넥션 당 하나의 요청과 응답만을 처리한다. --> 리소스의 동시 전송 불가, 리소스의 개수에 비례하여 응답시간이 증가하는 단점을 가짐
HTTP/2는 커넥션당 여러개의 요청과 응답, 즉 다중 요청/응답이 가능해졌다. --> 1.1에 비해 약 50% 정도 속도가 빠르다.
HTML 파싱과 DOM 생성
index.html이 서버로부터 응답되었다고 가정해보자.
브라우저 렌더링 엔진은 아래의 과정을 통해 브라우저가 이해할 수 있는 자료구조인 DOM을 생성한다.
1.
서버에 존재하던 HTML 파일이 브라우저의 요청에 의해 응답된다. 서버는 요청받은 HTML파일을 읽어 들여 메모리에 저장후, 저장도니 바이트를 인터넷을 경유하여 응답함.
2.
브라우저는 서버에서 HTML 문서를 바이트 형태로 응답받고 그 이후 meta 태그의 charset에 의해 지정된 인코딩 방식을 기준으로 문자열로 변환됨.(response header에 담겨 응답됨)
3.
문자열로 변환된 HTML 문서를 읽어 들여 문법적 의미를 갖는 코드의 최소단위인 토큰들로 분해
4.
각 토큰들을 객체로 변환하여 노드들을 생성: 토큰의 내용에 따라 문서 노드, 요소 노드, 어트리뷰트 노드, 텍스트 노드가 생성 --> DOM을 구성하는 기본 요소
5.
HTML 문서는 HTML 요소들의 집합으로 이루어지며 HTML 요소는 중첩 관계를 갖는다. 이러한 관계를 반영하여 모든 노드들을 트리 자료구조로 구성한다. --> DOM이라 부름
DOM은 HTML을 파싱한 결과물이다.
CSS파싱과 CSSOM 생성
렌더링 엔진은 HTML을 처음부터 한 줄씩 파싱하여 DOM을 생성하는데 이 과정에서 link나 style 태그를 만나면 일시적으로 중지하고 CSS 파일을 서버에 요청한다.
CSS를 HTML과 동일한 파싱과정(바이트 -> 문자 -> 토큰 -> 노드 -> CSSOM)을 거치며 해석하여 CSSOM을 생성한다. 이후 파싱이 완료되면 다시 HTML을 파싱이 중단된 지점부터 파싱하여 DOM 생성 재개 한다.
CSSOM 은 CSS의 상속을 반영하여 생성되는데 부모요소에 적용된 스타일 CSS가 자식에게 또한 적용되는 경우 그러한 것을 모두 반영한다.
렌더 트리 생성
DOM과 CSSOM은 렌더링을 위해 렌더 트리로 결합된다.
브라우저 화면에 렌더링 되지 않는 노드(meta, script태그)와 CSS에 의해 비표시(display:none)되는 노드들을 포함 X
렌더 트리 --> 브라우저 화면에 렌더링 되는 노드만으로 구성, HTML 요소의 레이아웃을 계산하는데 사용되며 브라우저 화면에 픽셀을 렌더링 하는 페인팅 처리에 입력.
레이아웃 계산과 페인팅이 재차 실행되는 경우
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JS에 의한 노드 추가 또는 삭제
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브라우저 창의 리사이징에 의한 뷰표트 크기 변경
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HTML 요소의 레이아웃에 변경을 발생시키는 width/height, margin, padding, border, display, position, top/right/bottom/left 등의 스타일 변경
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-> 가급적 리렌더링이 빈번하게 발생하지 않도록 만드는 것이 필요
자바스크립트 파싱과 실행
HTML을 한 줄씩 파싱하다가 script 태그를 만나면 DOM 생성을 일시 중지하고 script 태그 내의 JS 코드를 파싱과 실행이 종료 되면 렌더링 엔진으로 다시 제어권을 넘겨 DOM 생성 재개한다.
JS 엔진은 JS를 해석하여 AST(추상적 구문 트리)를 생성하고 이것을 기반으로 인터프리터가 실행할 수 있는 중간 코드인 바이트 코드를 생성하여 실행한다.
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토크나이징: 소스코드를 어휘 분석하여 문법적 의미를 갖는 코드의 최소 단위인 토큰들로 분해한다
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파싱: 토큰들의 집합을 구문 분서하여 AST를 생성한다. 단순히 인터프리터나 컴파일러만 사용하는 것이 아닌 TypeScript, Babel, Prettier 같은 트랜스파일러를 구현할 수 있다.
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바이트코드 생성과 실행: 파싱의 결과물로 생성된 AST는 인터프리터가 실행될 수 있는 중간 코드인 바이트코드로 변환되고 인터프리터에 의해 실행된다.(V8의 경우 터보팬이라 불리는 컴파일러에 의해 최적화된 머신 코드로 컴파일 되어 성능을 최적화함, 코드 사용 빈도가 줄면 다시 디옵티마이징을 한다)
리플로우와 리페인트
JS 코드에 의해 DOM이나 CSSOM을 변경하는 DOM API가 사용된 경우 변경된 DOM, CSSOM은 다시 렌더 트리로 결합되어 변경된 렌더트리 기반으로 레이아웃과 페인팅 과정을 거친다.
리플로우: 레이아웃 재 계산(레이아웃에 영향을 주는 변경이 발생한 경우)
리페인트: 재결합된 렌더 트리르 기반으로 다시 페인트
무조건 리플로우가 발생해야 리페인트가 발생하는 것은 아님. 리플로우 없이도 리페인트 발생가능(레이아웃에 영향이 없는 변경인 경우)
자바스크립트 파싱에 의한 HTML 파싱 중단
렌더링 엔진과 JS 엔진은 직렬적으로 파싱 수행
DOM의 생성이 제대로 완료되지 않은 상태에서 script 호출 시 문제가 발생할 수 있음 --> 닫는 body 태그의 바로 위에 위치시켜야함
그 이유는 다음과 같다
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DOM이 완성되지 않은 상태에서 JS 가 DOM 조작시 에러가 발생할 수 있다.
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JS 로딩/파싱/실행으로 인해 HTML 요소들의 렌더링에 지장받는 일이 발생하지 않아 페이지 로딩 시간이 단축된다.
script 태그의 async/defer 어트리뷰트
async와 defer는 HTML5부터 추가되었으며 src 어트리뷰트를 통해 JS 파일을 로드하는 경우에만 사용이 가능하다. 둘다 IE10 이상에서 지원된다.
async --> JS 파일의 로드가 비동기적으로 동시에 진행. 파싱과 실행은 로드가 완료된 직후이다.
defer --> 마찬가지로 비동기적으로 동시에 진행되지만 HTML파싱이 완료된 직후에 JS 파싱과 실행이 진행된다.
