前端进阶（一）浏览器运行原理

最近随着项目经验的增长，打算写一个前端工程师进阶的系列，一是做为本身前端开发经验的总结；二是想把经验分享给刚入门前端，重复写了大量的前端代码，可是没有提高的同窗，让咱们一块儿成长为真正的前端开发工程师。

刚开始关注浏览器运行原来大概是刚接触前端时，项目组让我解决一些页面的兼容性问题，当时认真研究了浏览器的运行原理，并对组内的同事作了简单的分享，如今经历过大量项目的洗礼，以为有必要将这部份内容的精华加以提炼，做为前端进阶的第一篇文章。

（一）浏览器

浏览器是指能够显示网页服务器或者文件系统的HTML文件（标准通用标记语言的一个应用）内容，并让用户与这些文件交互的一种软件。

浏览器的主要功能就是向服务器发出请求，在浏览器窗口中展现您选择的网络资源。这里所说的资源通常是指 HTML 文档，也能够是 PDF、 图片或其余的类型。 资源的位置由用户使用URI（统一资源标符）指定。多年以来，各浏览器都没有彻底听从这些规范，同时还在开发本身独有的扩展程序，这给网络开发人员带来了严重的兼容性问题。 现在，大多数的浏览器都是或多或少地听从规范。

目前使用的主流浏览器有五个：Internet Explorer、 Firefox、 Safari、 Chrome 和 Opera。

1. 浏览器按照引擎分类
Trident引擎：Internet Explorer
Webkit引擎：Chrome（28版本后基于blink，blink是webkit的一个分支）和Safari
Gecko引擎：Firefox

Presto引擎：早期Opera采用，后用webkit引擎

（二）浏览器的主要组件

（1）用户界面 - 包括地址栏、 前进/后退按钮、 书签菜单等。 除了浏览器主窗口显示的请求的页面外，其余显示的各个部分都属于用户界面。其余显示的各个部分都属于用户界面。

（2）浏览器引擎 - 在用户界面和呈现引擎之间传送指令。

（3）渲染引擎 - 负责显示请求的内容。 若是请求的内容是 HTML，它就负责解析 HTML 和 CSS 内容，并将解析后的内容显示在屏幕上。

（4）网络 - 用于网络调用，如 HTTP 请求。 其接口与平台无关，为全部平台提供底层实现。

（5）用户界面后端 - 用于绘制基本的窗口小部件，好比组合框和窗口。 其公开了与平台无关的通用接口，而在底层使用操做系统的用户界面方法。

（6） JavaScript 解释器 - 用于解析和执行 JavaScript 代码。

（7）数据存储 - 这是持久层。 浏览器须要在硬盘上保存各类数据，例如 Cookie。 新的 HTML 规范(HTML5) 定义了“网络数据库” ，这是一个完整的浏览器内数据库。

浏览器组成部分如图1-1所示。

图1-1 浏览器组成部分

（三）浏览器内核工做原理简介

3.1渲染引擎

渲染引擎在浏览器窗口中显示所请求的内容，浏览器内核分红两部分：渲染引擎和js引擎，因为js引擎愈来愈独立，内核就倾向于只指渲染引擎，因此渲染引擎也称为浏览器内核。渲染引擎一开始会从网络层获取请求文档的内容，一般以8K分块的方式完成。 获取了文档内容以后，渲染引擎开始正式工做，其基本流程如图所示：

图1-2 渲染引擎工做原理

渲染引擎解析HTML文档，并将文档中的标签转化为DOM节点树，即” 内容树” 。 同时，它也会解析外部CSS文件以及style标签中的样式数据。 这些样式信息连同HTML中的” 可见内容” 一道，被用于构建另外一棵树——” 渲染树(Render树)” 。 渲染树构建完毕以后，将会进入” 布局” 处理阶段，即为每个节点分配一个屏幕坐标。 再下一步就是绘制(painting)，即遍历render树，并使用UI后端层绘制每一个节点。

注意：这个过程是逐步完成的，为了更好的用户体验，渲染引擎将会尽量早的将内容呈现到屏幕上，并不会等到全部的html都解析完成以后再去构建和布局渲染树。 它是解析完一部份内容就显示一部份内容，同时，可能还在经过网络下载其他内容。

DOM:文档对象模型（Document Object Model，简称DOM），是W3C组织推荐的处理可扩展标志语言的标准编程接口。 在网页上，组织页面（或文档）的对象被组织在一个树形结构中，用来表示文档中对象的标准模型就称为DOM。
渲染引擎解析：
解析一个文档即将其转换为具备必定意义的结构——编码能够理解和使用的东西。 解析的结果一般是表达文档结构的节点树，称为解析树或语法树。
3.1.1 解析
3.1.1.1 与上下文无关的语法
全部能够解析的格式都对应肯定的语法（由词汇和语法规则构成），这称为与上下文无关的语法。 这里先说要说明的是：CSS、 JavaScript是与上下文无关的语法，而HTML不是与上下文无关的语法。
3.1.1.2 解析器

解析的过程能够分红两个子过程：词法分析和语法分析。

一、词法分析是将输入内容分割成大量标记的过程。 标记是语言中的词汇，即构成内容的单位。

二、语法分析是应用语言的语法规则的过程。

解析一般是一个迭代的过程。 一般，解析器会向词法分析器请求一个新标记，并尝试将其与某条语法规则进行匹配。 若是发现了匹配规则，解析器会将一个对应于该标记的节点添加到解析树中，而后继续请求下一个标记。 若是没有规则能够匹配，解析器就会将标记存储到内部，并继续请求标记，直至找到可与全部内部存储的标记匹配的规则。 若是找不到任何匹配规则，解析器就会引起一个异常。 这意味着文档无效，包含语法错误。

3.1.2 HTML解析
HTML 解析器的任务是将 HTML 标记解析成解析树。 HTML 的词汇和语法在 W3C 组织建立的规范中进行了定义，html不能简单的用解析所需的上下文无关文法来定义。

浏览器为html定制了专属的解析器。 Html5规范中描述了这个解析算法，算法包括两个阶段——符号化和构建树，Html解析流程如图1-3所示。

图1-3 Html解析流程图

符号化是词法分析的过程，将输入解析为符号，html的符号包括开始标签、 结束标签、 属性名及属性值。符号识别器识别出符号后，将其传递给树构建器，并读取下一个字符，以识别下一个符号，这样直处处理完全部输入。

3.1.3 CSS解析
css属于上下文无关文法，能够用前面所描述的解析器来解析。 Css规范定义了css的词法及语法文法。 每一个符号都由正则表达式定义了词法（词汇表），语法用BNF(由 John Backus 和 Peter Naur 首先引入的用来描述计算机语言语法的符号集)进行描述。

Webkit使用Flex和Bison解析生成器从CSS语法文件中自动生成解析器。

3.2 JS引擎

JS引擎是一个专门处理JS脚本的虚拟机，专门设计来解释和执行的 JavaScript 代码。 JS引擎会加载你的源代码，把它分解成字符串，把这些字符串转换成编译器能够理解的字节码，而后执行这些字节码。不一样浏览器有不一样的JS引擎 ，不一样浏览器的js引擎如表1-1所示。

表1-1 不一样浏览器的js引擎

（四）前端处理流程简介

这个流程你们能够参考网上不少人总结的各个版本的从输入一个url到看到页面，发生了什么过程。在这里我用本身的话简单归纳为如下几点（仅供参考，欢迎指正）：

一、输入url

二、查看浏览器缓存，看是否有缓存，若是有缓存，继续查看缓存是否过时，若是没有过时，直接返回缓存页面，若是没有缓存或者缓存过时，发送一个请求。

三、浏览器解析url地址，获取协议、主机名、端口号和路径。

四、获取主机ip地址过程

（1）浏览器缓存

（2）主机缓存

（3）hosts文件

（4）路由器缓存

（5）DNS缓存

（6）DNS递归查询

五、浏览器发起和服务器的TCP链接，执行三次握手（略）

六、三次握手链接后，浏览器发送一个http请求（这部分是重点，请查询相关资料，详细了解http协议关于请求格式和重要的几个请求头字段含义）。

七、服务器收到请求，转到相关的服务程序，期间可能须要链接并操做数据库（主要分get和post请求）。

八、服务器看是否须要缓存，服务器处理完请求，发出一个响应（这部分也是重点，请查询资料了解http响应头各个字段的含义）

九、服务器并根据请求头包含信息决定是否须要关闭TCP链接（如需关闭，则须要四次挥手过程）

十、浏览器对接收到的响应进行解码

十一、浏览器解析收到的响应并根据响应的内容（假如是HTML文件）进行构建DOM树，构建render树，渲染render树等过程

十二、处理嵌入的其余资源如css文件、js文件、图片文件、音视频等文件，处理过程相似上面的步骤在此不详述。

（五）参考资料

1. How Browsers Work: Behind the Scenes of Modern Web Browsers,Tali Garsiel,
http://taligarsiel.com/Projects/howbrowserswork1.htm
2. How Browsers Work中文译文 [浏览器的工做原理：新式网络浏览器幕后揭秘 塔利·加希
尔 ]https://www.html5rocks.com/zh/tutorials/internals/howbrowserswork/#The_browsers_
we_will_talk_about
3. http://grosskurth.ca/papers/browser-refarch.pdf
4. http://tools.yesky.com/101/11197101_2.shtml, 各大浏览器 CSS3 和 HTML5 兼容速查表
5. http://www.cnblogs.com/gdutbean/archive/2012/02/21/2362003.html JS各类引擎介绍