38장 브라우저의 렌더링 과정

• 웹 어플리케이션의 클라이언트 사이드 자바스크립트는 브라우저에서 HTML, CSS와 함께 실행됨 → 효율적인 자바스크립트 프로그래밍을 위해 브라우저 환경을 고려해야 함!
• 브라우저는 HTML, CSS, 자바스크립트로 작성된 텍스트 문서를 어떻게 파싱해서 브라우저에 렌더링할까?

💡 파싱: 구문 분석

💡 렌더링: HTML, CSS, 자바스크립트로 작성된 문서를 파싱하여 브라우저에 시각적으로 출력하는 것

 

브라우저의 렌더링 수행 과정

1. 브라우저는 HTML, CSS, 자바스크립트, 이미지, 폰트 파일 등 렌더링에 필요한 리소스를 요청하고 서버로부터 응답을 받음
2. 브라우저의 렌더링 엔진은 서버로부터 응답 받은 HTML & CSS를 파싱하여 DOM과 CSSOM을 생성 → 이들을 결합하여 렌더 트리를 생성
   1. CSSOM(CSS Object Model): JS에서 CSS를 조작할 수 있는 API 집합!

https://developer.mozilla.org/ko/docs/Web/API/CSS_Object_Model

CSS 객체 모델 (CSSOM) - Web API | MDN

1. 브라우저의 자바스크립트 엔진은 서버로부터 응답 받은 자바스크립트를 파싱하여 AST(Abstract Syntax Tree)를 생성하고 바이트코드로 변환하여 실행함
2. (이 때 자바스크립트는 DOM API를 통해 DOM이나 CSSOM을 변경할 수 있음. 변경됨 DOM과 CSSOM은 다시 렌더 트리로 결합됨)
3. 렌더 트리를 기반으로 HTML요소의 레이아웃(위치 & 크기)을 계산하고 브라우저 화면에 HTML 요소를 페인팅함

38.1. 요청과 응답

• 브라우저의 핵심 기능: 필요한 리소스(HTML, CSS, 자바스크립트, 이미지, ...)를 서버에 요청하고, 서버로부터 응답을 받아 브라우저에 시각적으로 렌더링하는 것
  • 모든 리소스는 서버에 ⇒ 서버가 응답한 리소스를 파싱하여 렌더링함!
  • scheme(protocol-https) & host(domain-www.naver.com)
  • 위 URL을 입력하고 enter를 누르면
    • → 루트 요청(/, scheme & host만으로 구성된 URI에 의한 요청)이 www.naver.com 서버로 전송됨
    • (루트 요청에는 명확히 리소스를 요청하는 내용이 없으나 일반적으로 서버는 루트 요청에 대해 암묵적으로 index.html을 응답함)
    • https://www.naver.com/ === [https://www.naver.com/index.](https://www.naver.com/index.js)html
    • → 서버는 루트 요청에 대해 서버의 루트 폴더에 존재하는 정적 파일 index.html을 클라이언트(브라우저)로 응답함
  • 요청과 응답은 개발자 도구의 Network 패널에서 확인할 수 있음 (밑과 같이 확인할 수 있음)서버에 요청을 전송하기 위해 브라우저는 주소창을 제공함
    • 브라우저 주소창에 URL을 입력 ⇒ URL의 호스트 이름이 DNS(도메인 네임 시스템)을 통해 IP주소로 변환됨!
      • DNS는 인터넷 상에서 mapping을 하는 기능으로 서버 이름을 IP주소로 변환하여 도메인 이름을 웹 브라우저에 입력할 때 최종 사용자를 어떤 서버에 연결할 것인지를 제어한다 (요청: 쿼리)
      • https://aws.amazon.com/ko/route53/what-is-dns (추가적 내용은 여기)
    💡 https://www.naver.com/
  • inflearn.com(index.html)
    • 브라우저 렌더링 엔진이 HTML(index.html)을 파싱하는 도중에 외부 리소스를 로드하는 태그 (CSS 파일을 로드하는 link 태그, 이미지 파일을 로드하는 img 태그, 자바스크립트를 로드하는 script 태그 등)를 만나면 HTML의 파싱을 일시 중단하고 해당 리소스 파일을 서버로 요청하기 때문 ⇒ index.html 하나만 요청하면 링크된 나머지 리소스들도 자동으로 요청된다!

38.2. HTTP 1.1과 HTTP 2.0

• HTTP(HyperText Transfer Protocol): 웹에서 브라우저와 서버가 통신하기 위한 프로토콜(규약)

HTTP/1.1 과 HTTP/2의 차이점

• HTTP/1.1
  • 커넥션당 하나의 요청과 응답만 처리함
  • 리소스의 동시 전송이 불가능 → 요청할 리소스의 개수에 비례하여 응답 시간도 증가하는 단점
• HTTP/2.0
  • 커넥션당 여러 개의 요청과 응답 가능 (다중 요청/응답 가능)
  • HTTP/1.1에 비해 페이지 로드 속도가 약 50% 가량 빠름

38.3. HTML 파싱과 DOM 생성

• 브라우저 렌더링 엔진이 응답 받은 HTML 문서를 파싱하여 브라우저가 이해할 수 있는 자료구조인 DOM을 생성하는 과정
  1. 서버에 존재하던 HTML 파일이 브라우저의 요청에 의해 응답됨
     • 이 때 서버는 HTML 파일을 읽어 들여 메모리에 저장한 후 메모리에 저장됨 바이트(2진수)를 인터넷을 경유하여 응답함
  2. 브라우저는 HTML 문서를 바이트 형태로 응답 받아 문자열로 변환함
  3. 문자열로 변환된 HTML 문서를 읽어들여 토큰(문법적 의미를 갖는 코드의 최소 단위)들로 분해함
  4. 각 토큰들을 객체로 변환하여 노드들을 생성함
     • 노드는 이후 DOM을 구성하는 기본 요소가 됨
  5. HTML 요소는 중첩 관계를 가짐 → HTML 요소 간에는 중첩 관계에 의해 부자 관계가 형성됨
  6. 부자 관계를 반영하여 모든 노드들을 트리 자료구조로 구성! ⇒ 노드들로 구성된 트리 자료구조가 DOM(Document Object Model)
  (바이트 → 문자 → 토큰 →노드 →DOM) = html 문서의 parsing
• 38.4. CSS 파싱과 CSSOM 생성
• 렌더링 엔진은 HTML을 처음부터 한 줄씩 순차적으로 파싱하여 DOM을 생성해 나감
• DOM을 생성해 나가다가 CSS를 로드하는 link 태그 or style 태그를 만나면 DOM 생성을 일시 중단함
• link 태그의 href 어트리뷰트에 지정된 CSS 파일을 서버에 요청함
• 로드한 CSS 파일이나 style 태그 내의 CSS를 HTML과 동일한 파싱 과정을 거쳐 해석하여 CSSOM(CSS Object Model)을 생성함
• CSS 파싱을 완료하면 HTML 파싱이 중단된 지점부터 다시 HTML을 파싱하기 시작하여 DOM 생성을 재개함

38.5. 렌더 트리 생성

• DOM과 CSSOM은 렌더링을 위해 렌더 트리로 결합됨 (DOM + CSSOM) ⇒ Render Tree

렌더 트리(Render Tree), CRP(Critical Rendering Path)

• 렌더 트리는 브라우저 화면에 렌더링되는 노드만으로 구성됨
  • (브라우저 화면에 렌더링되지 않는 meta, script 태그 등 & CSS에 의해 비표시되는 노드들은 포함 x)
• 완성된 렌더 트리
  • 각 HTML 요소의 레이아웃(위치 & 크기)을 계산하는 데 사용됨
  • 브라우저 화면에 픽셀을 렌더링하는 페인팅 처리에 입력됨
• 지금까지의 브라우저 렌더링 과정은 다음과 같은 경우 반복하여 (layout 계산과 painting이 반복 적으로 실행됨) → 리렌더링은 자주 발생하면 성능 저하 초래!
  • 자바스크립트에 의한 노드 추가 또는 삭제
  • 브라우저 창의 리사이징에 의한 뷰포트 크기 변경
  • HTML 요소의 레이아웃에 변경을 발생시키는 margin, padding, width, height, ... 등의 스타일 변경

38.6. 자바스크립트 파싱과 실행

• DOM은 프로그래밍 인터페이스로서 DOM API를 제공함
• 렌더링 엔진은 DOM을 생성해 나가다가 자바스크립트 파일을 로드하는 script 태그를 만나면 DOM 생성을 일시 중단
• script 태그의 src 어트리뷰트에 정의된 자바스크립트 파일을 서버에 요청함
• 로드한 자바스크립트 파일 내의 자바스크립트 코드를 파싱하기 위해 브라우저 렌더링 엔진이 자바스크립트 엔진에 제어권을 넘김
  • 자바스크립트 엔진은 자바스크립트 코드를 파싱하여 CPU가 이해할 수 있는 저수준 언어로 변환하고 실행함
  • 자바스크립트 엔진은 자바스크립트를 해석하여 AST(추상적 구문 트리)를 생성함 → 이것을 기반으로 인터프리터가 실행할 수 있는 중간 코드인 바이트 코드 생성
• 자바스크립트 파싱과 실행이 종료되면 렌더링 엔진으로 다시 제어권을 넘겨 HTML 파싱이 중단된 지점부터 다시 HTML 파싱을 시작하여 DOM 생성을 재개함

💡 토크나이징: 자바스크립트 소스코드를 어휘 분석하여 문법적 의미를 갖는 코드의 최쇠 단위인 토큰들로 분해

💡 파싱: 토큰들의 집합 구문 분석하여 AST를 생성 한다

💡 바이트코드 생성과 실행: AST는 인터프리터가 실행할 수 있는 중간 코드인 바이트코드로 변환되고 인터프리터에 의해 실행된다

 

38.7. 리플로우와 리페인트

• 자바스크립트 코드에 DOM이나 CSSOM을 변경하는 DOM API가 사용된 경우 DOM이나 CSSOM이 변경됨 → DOM과 CSSOM 다시 렌더 트리로 결합되고 변경된 것을 기반으로 레리아웃과 페인트 과정을 가쳐 화면에 리렌더링함! (reflow, repaint)

 💡 리플로우: 레이아웃 계산을 다시 하는 것. 노드 추가/삭제, 요소의 크기/위치 변경, 윈도우 리사이징 등 레이아웃에 영향을 주는 변경이 발생한 경우에 한하여 실행됨

💡 리페인트: 재결합된 렌더 트리를 기반으로 다시 페인트를 하는 것

 

38.8. 자바스크립트 파싱에 의한 HTML 파싱 중단

• 렌더링 엔진과 자바스크립트 엔진은 직렬적으로 파싱을 수행함
• 브라우저는 동기적으로, (위에서 아래 방향으로) 순차적으로 HTML, CSS, 자바스크립트를 파싱하고 실행함
• script 태그의 위치에 따라 HTML 파싱이 블로킹되어 DOM 생성이 지연될 수 있음 → → script 태그의 위치는 중요한 의미를 가짐
• 자바스크립트 코드에서 DOM이나 CSSOM을 변경하는 DOM API를 사용할 경우 DOM이나 CSSOM이 이미 생성되어 있어야 함 → (만약 DOM API를 사용할 때 DOM의 생성이 완료되지 않은 상태라면 문제 발생)

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
  <head>
    <meta charset="utf-8" />
    <script>
			const apple = document.getElementById('apple');
		</script>
  </head>
  <body>
    <ul>
			<li id="apple">Apple</li>
		</ul>
  </body>
</html>

• document.getElementById('apple')은 id가 'apple'인 HTML 요소를 취득함
• 그러나 document.getElementById('apple')을 실행하는 시점에는 아직 id가 'apple'인 HTML 요소를 파싱하지 않았음
• 그러므로 DOM에는 id가 'apple'인 HTML 요소가 포함되어 있지 않은 상태 → 정상 작동X
• 따라서, 보통 body 요소 가장 아래에 자바스크립트를 위치 시킨다!
  • 자바스크립트가 실행되기 이전에 DOM 생성이 완료되어 렌더링되므로 페이지 로딩 시간 단축

38.9. script 태그의 async/defer 어트리뷰트

• 자바스크립트 파싱에 의한 DOM 생성이 중단되는 문제를 근본적으로 해결하기 위해 HTML5부터 script 태그에 async와 defer 어트리뷰트가 추가됨
  • 외부 자바스크립트 파일을 로드하는 경우에만 사용 가능
  • async와 defer 어트리뷰트를 사용하면 HTML 파싱과 외부 자바스크립트 파일의 로드가 비동기적으로 동시에 진행됨 → 그러나 자바스크립트 실행 시점에서 차이가 발생!
  async 어트리뷰트 vs. defer 어트리뷰트
• async 어트리뷰트
  • HTML 파싱과 외부 자바스크립트 파일의 로드가 비동기적으로 동시에 진행됨
  • 자바스크립트의 파싱과 실행은 자바스크립트 파일의 로드가 완료된 직후에 진행됨 → html 파싱 중단
  • 여러 개의 async attributes가 있을 경우 ⇒ 태그의 순서와 상관없이 먼저 로드된 것이 먼저 실행됨 (순서 보장X) ⇒ 순서 보장이 필요할 경우 async 사용X
• defer 어트리뷰트
  • HTML 파싱과 외부 자바스크립트 파일의 로드가 비동기적으로 동시에 진행됨
  • 자바스크립트의 파싱과 실행은 HTML 파싱이 완료된 직후, 즉 DOM 생성이 완료된 직후 진행됨 → DOM 생성이 완료된 이후 실행되어야 할 자바스크립트에 유용함

 

 

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Code 출처:

https://github.com/wikibook/mjs

GitHub - wikibook/mjs: 《모던 자바스크립트 Deep Dive》 예제 코드