浏览器发展史

• 1991 Berners Lee（互联网发明者之一） 建立了第一代网络浏览器 WordWideWeb（显示文本图片）
• 1994 网景浏览器发布（Netscape Navigator）
• 1995 IE 浏览器发布（Internet Explorer）后与 Windows 操作系统绑定，占据大部分市场份额
• 2003 Safari 浏览器发布
• 2004 Mozilla 推出火狐浏览器（Firefox）
• 2005 苹果开源了 Safari 内核，webkit
• 2006 谷歌以 webkit 作为内核创建了一个新的 Chromium（发布浏览器 Chrome）
• 至今 Chrome 占据市场份额 一半以上。如今主要浏览器有：Chrome，Firefox，Safari，Edge。

浏览器内核

• Blink：基于 Webkit 改造，由 Google 开发的开源内核，现在 Chrome，Opera，Edge 都使用 Blink 内核。
• Webkit：开源内核，最初由苹果开发，现在 主要是 Safari 浏览器使用。
• Gecko：由 Mozilla 开发打造的开源内核，主要用于 Firefox 浏览器。
• Trident：由微软开发，主要用于早期版本的 IE 浏览器。

现在开发项目，一般不在考虑兼容 IE 浏览器，所以主要考虑 Blink 和 Webkit 内核的浏览器。

进程和线程

进程（Process）

进程是操作系统分配资源的基本单位，每个进程都有自己的内存空间、数据栈和其他用于跟踪进程执行的辅助数据。

浏览器中的进程：

• 多进程架构：现代浏览器通常采用多进程架构，每个标签页、扩展和插件可能在独立的进程中运行。这种设计提高了浏览器的稳定性和安全性。
• 隔离：如果一个标签页崩溃，其他标签页和浏览器本身不会受到影响，因为它们在不同的进程中运行。
• 安全性：通过将不同的网页和扩展隔离在不同的进程中，浏览器可以防止恶意网页访问其他网页的数据。

线程（Thread）

线程是进程中的一个执行单元，多个线程可以共享同一进程的资源（如内存），但每个线程有自己的执行栈和程序计数器。

浏览器中的线程：

• 主线程：浏览器通常有一个主线程，负责处理用户界面（UI）事件、渲染页面和执行 JavaScript 代码。
• 工作线程：为了提高性能，浏览器可以创建多个工作线程来处理一些耗时的任务，如网络请求、图像解码和 JavaScript 的异步执行。这些工作线程可以在后台运行，不会阻塞主线程。
• Web Workers：浏览器还支持Web Workers，允许开发者创建后台线程来执行 JavaScript 代码，从而避免阻塞主线程。这对于处理复杂计算或大数据处理非常有用。

两者区别

• 资源分配：进程是资源分配的基本单位，每个进程有独立的内存空间；而线程是执行的基本单位，多个线程可以共享同一进程的资源。
• 开销：创建和管理进程的开销通常比线程大，因为进程需要独立的内存空间和资源；线程的创建和切换开销较小。
• 稳定：进程之间相互独立，一个进程的崩溃不会影响其他进程；而线程之间共享资源，可能会因为一个线程的错误导致整个进程崩溃。

在现代浏览器中，进程和线程的合理使用是实现高性能和高安全性的关键。多进程架构提高了浏览器的稳定性和安全性，而多线程则提高了资源的利用效率和响应速度。通过这种设计，浏览器能够更好地处理复杂的Web应用和用户交互。

浏览器结构

用户界面（User interface）

主要是用户与浏览器交互的部分，通常包括：

• 地址栏：用于输入网址和显示当前页面的 URL。
• 工具栏：包含常用功能的按钮，如返回、前进、刷新、书签等。
• 标签页：允许用户同时打开多个网页，每个网页在一个标签页中显示。
• 菜单：提供额外的功能和设置选项。

浏览器引擎（Browser engine）

浏览器引擎是用户界面与渲染引擎之间的桥梁，负责：

• 处理用户输入。
• 将请求传递给渲染引擎。
• 接收渲染引擎的输出并更新用户界面。

渲染引擎（Rendering engine）

渲染引擎的主要任务是将网页内容呈现给用户，具体步骤包括：

• 解析 HTML：将 HTML 文档解析为 DOM（文档对象模型）树。
• 解析 CSS：将 CSS 规则解析为 CSSOM（CSS 对象模型）树。
• 构建渲染树：结合 DOM 和 CSSOM，构建渲染树，表示页面的可视化结构。
• 布局：计算每个节点的确切位置和大小。
• 绘制：将渲染树中的节点绘制到屏幕上。

网络模块（Networking）

网络模块负责处理网络请求，包括：

• 发送请求：通过 HTTP/HTTPS 协议向服务器发送请求。
• 接收响应：处理服务器返回的数据。
• 缓存管理：管理缓存以提高加载速度，减少网络请求。
• Cookie 管理：处理与用户会话相关的 Cookie。

JavaScript 引擎（JavaScript engine）

JavaScript 引擎负责执行网页中的 JavaScript 代码，主要功能包括：

• 解析：将 JavaScript 代码解析为抽象语法树（AST）。
• 编译：将 AST 编译为字节码或机器码。
• 执行：执行编译后的代码。
• 内存管理：管理 JavaScript 对象的内存分配和回收。

数据存储（Data storage）

数据存储模块负责在本地存储数据，包括：

• Cookie：存储在用户浏览器中的小型文本文件，用于跟踪用户会话。
• 本地存储（Local Storage）：在用户浏览器中存储数据，数据不会过期，除非用户手动清除。
• 会话存储（Session Storage）：与本地存储类似，但数据只在浏览器会话期间有效，一旦用户关闭浏览器，数据将被清除。
• IndexedDB：一个强大的、基于事务的存储系统，用于存储大量结构化数据。

安全模块（Security）

安全模块负责处理与安全相关的事项，包括：

• SSL/TLS：加密网络通信，保护用户数据的安全。
• 内容安全策略（CSP）：防止跨站脚本攻击（XSS）和其他安全漏洞。
• 跨域资源共享（CORS）：管理跨域请求，确保数据的安全传输。
• 恶意软件检测：检测和阻止恶意软件和广告。

插件和扩展（Plugins and Extensions）

插件和扩展模块允许用户安装和运行浏览器插件和扩展，以增强浏览器的功能。插件通常由第三方开发，而扩展则由浏览器开发者或第三方开发者提供，用于添加新的功能或修改现有功能。

浏览器进程

单进程浏览器：

• 不稳定，当一个线程或者进程卡死，浏览器就会崩溃，无法正常运行。
• 不安全，因为进程间数据共享，js 可以随意访问浏览器进程内的所有数据。
• 不流畅，一个进程负责太多东西，会导致效率问题，运行不流畅

现在浏览器基本上都是多进程结构。（以 Chrome 为例）

• 浏览器主进程：负责浏览器界面的显示，用户交互，子进程管理，文件存储等功能。
• 渲染器进程：负责将 HTML、CSS 和 JavaScript 转换为用户可以与之交互的网页，每个标签页一个渲染器进程。
• 网络进程：负责网络请求，每个标签页一个网络进程。
• GPU 进程：负责 GPU 加速，每个标签页一个 GPU 进程。
• 插件进程：负责插件运行，每个插件一个进程。

完整渲染过程

浏览器的渲染过程是将网页内容从 HTML、CSS 和 JavaScript 转换为用户可见的页面的复杂过程。

以下是浏览器完整渲染过程的详细步骤：

1. 解析 HTML

   • 获取 HTML 文档：浏览器通过网络模块发送 HTTP 请求，获取服务器返回的 HTML 文档。
   • 构建 DOM 树：浏览器解析 HTML 文档，构建一个称为 DOM（文档对象模型）的树结构。每个 HTML 元素、属性和文本节点都对应于 DOM 树中的一个节点。

2. 解析 CSS

   • 获取 CSS：浏览器在解析 HTML 时，会发现 <link> 标签和 <style> 标签中的 CSS。它会发送请求获取外部 CSS 文件。
   • 构建 CSSOM 树：浏览器解析 CSS 规则，构建一个称为 CSSOM（CSS 对象模型）的树结构。CSSOM 树表示了所有样式规则及其对应的选择器。

3. 构建渲染树

   • 合并 DOM 和 CSSOM：浏览器将 DOM 树和 CSSOM 树结合，构建渲染树。渲染树只包含可见的节点（即在屏幕上显示的元素），并且每个节点都包含样式信息。
   • 排除不可见元素：例如，display: none; 的元素不会出现在渲染树中。

4. 布局（Layout）

   • 计算节点位置和大小：浏览器根据渲染树中的信息计算每个节点的确切位置和大小。这一过程称为布局（或重排）。
   • 流式布局：浏览器根据 CSS 规则（如盒模型、浮动、定位等）确定元素的排列方式。

5. 绘制（Painting）

   • 绘制渲染树：浏览器将渲染树中的每个节点转换为实际的像素，绘制到屏幕上。这个过程称为绘制。
   • 分层绘制：现代浏览器通常会将页面分成多个层（layer），每个层可以独立绘制。这有助于提高性能，特别是在处理复杂的动画和变换时。

6. 合成（Compositing）

   • 合成层：在绘制完成后，浏览器会将不同的层合成到一起，形成最终的图像。这一过程通常在 GPU 中进行，以提高性能。
   • 合成顺序：浏览器根据层的 z-index 和其他属性确定合成的顺序。

7. 处理 JavaScript

   • 执行 JavaScript：在渲染过程中，浏览器会遇到 JavaScript 代码。JavaScript 引擎会解析和执行这些代码。
   • DOM 操作：JavaScript 可以动态修改 DOM 和 CSSOM，这可能会导致重新渲染（reflow）和重新绘制（repaint）。例如，添加、删除或修改元素会影响布局和样式。

8. 重新渲染

   • 重排和重绘：如果 JavaScript 修改了 DOM 或 CSSOM，浏览器可能需要重新计算布局（重排）和重新绘制（重绘）页面。这可能会影响性能，尤其是在频繁更新的情况下。
   • 优化：现代浏览器会尽量优化重排和重绘的过程，以减少性能损失。例如，合并多个 DOM 操作，使用 requestAnimationFrame 来协调动画等。

浏览器的渲染过程是一个复杂而高效的流程，涉及多个步骤，从解析 HTML 和 CSS 到构建渲染树、布局、绘制和合成。理解这一过程有助于我们优化网页性能和用户体验。

通过合理使用 CSS、JavaScript 和优化技术，可以减少重排和重绘的次数，提高页面的响应速度。

贡献者: Yevin Yu

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