모던 자바스크립트 38장 브라우저의 렌더링과정

구굴의 V8 자바스크립트 엔진으로 빌드된 자바스크립트 런타임 환경인 Node.js의 등장으로 자바스크립트는 웹르바우저를 벗어나 서버사이드 애플리케이션 개발에도 사용할 수 있는 범용 개발 언어가 되었다.

 

대부분의 프로그래밍 언어는 운영체제나 가상머신 위에서 실행되지만 웹 어플리케이션의 클라이언트 사이드 자바스크립트는 브라우저에서 HTML, CSS 와 함께 실행된다.

 

이를 위해 브라우저가 HTML, CSS, 자바스크립트로 작성된 텍스트 문서를 어떻게 파싱(해석)하여 브라우저에 렌더링하는지 살펴보자

 

브라우저 렌더링 과정

브라우저는 다음과 같은 과정을 거쳐 렌더링을 수행한다

1. 브라우저는 HTML, CSS, 자바스크립트, 이미지, 폰트 파일 등 렌더링에 필요한 리소스를 요청하고 서버로부터 응답받는다.
2. 브라우저의 렌더링 엔진은 서버로부터 응답된 HTML, CSS를 파싱하여 DOM과 CSSOM을 생성하고 이들을 결합하여 렌더트리를 생성한다.
3. 브라우저의 자바스크립트 엔진은 서버로부터 응답된 자바스크립트를 파싱하여 AST(추상 구문 트리)를 생성하고 바이트코드로 변환하여 실행한다. 이때 자바스크립트는 DOM API를 통해 DOM이나 CSSOM으로 변경할 수 있다. 변경된 DOM과 CSSOM은 다시 렌더트리로 결합된다.
4. 렌더트리를 기반으로 HTML요소의 레이아웃을 계산하고 브라우저 화면에 HTML요소를 페인팅한다.

 

 

38.1 요청과 응답

브라우저의 핵심 기능은 필요한 리소스를 서버에 요청하고 서버로부터 응답받아 브라우저에 시각적으로 렌더링하는 것이다. 즉, 렌더링에 필요한 리소스는 모두 서버에 존재하므로 필요한 리소스를 서버에 요청하고 서버가 응답한 리소스를 파싱하여 렌더링하는 것이다. 

 

서버에 요청을 전송하기 위해 브라우저는 주소창을 제공한다. 브라우저의 주소창에 URL을 입력하고 엔터키를 누르면 URL의 호스트이름이 DNS를 통해 IP주소로 변환되고 이 IP주소를 갖는 서버에게 요청을 전송한다.

 

DNS란? (Doamain Name System)

인터넷상의 모든 컴퓨터는 숫자를 사용하여 서로를 찾고 통신합니다. 이러한 숫자를 IP주소라고 하는데 

우리는 웹 브라우저를 열고 웹사이트로 이동할 때 긴 숫자를 기억해 입력할 필요는 없습니다.

대신 example.com 과 같은 도메인 이름을 입력해도 원하는 웹사이트로 갈 수 있습니다.

즉 DNS란 사람이 읽을 수 있는 도메인 이름을 IP주소로 변환해주는 시스템입니다.

 

예를 들어 주소창에 https://example.com을 을 입력하고 엔터키를 누르면 루트용청이 example.com 서버로 전송된다.

루트용청에는 명확히 리소스를 요청하는 내용이 없지만 일반적으로 서버는 루트요청에 대해 암묵적으로 index.html을 응답하도록 기본 설정 되어있다.

즉 https://example.com 는 https://example.com/index.html과 같은 요청이다.

 

따라서 서버는 루트 요청에 대해 서버의 루트폴더에 존재하는 정적파일 index.html을 클라이언트로 응답한다.

만약 다른 정적 파일을 요청하려면 브라우저 주소창에 https://example.com/data/data.json과 같이 요청할 정적 파일의 경로와 파일 이름을 URI의 호스트 뒤의 path에 기술하여 서버에 요청한다.

 

 

브라우저의 주소창을 통해 정적파일만을 요청할 수 있는 것은 아니다. 

자바스크립트를 통해 동적으로 서버에 정적/동적 데이터를 요청할 수도 있다.

 

요청과 응답은 개발자 도구의 Network패널에서 확인할 수 있다. 

Network 패널에는 index.html뿐만 아니라 CSS, 이미지등도 응답하는것을 확인할 수 있는데 이는 브라우저 렌더링 엔진이 HTML을 파싱하는 도중에 외부 리소스를 로드하는 태그를 만나면 HTML의 파싱을 일시 중단하고 해당 리소스 파일을 서버로 요청하기 때문이다.

 

 

38.2 HTTP 1.1과 HTTP 2.0

HTTP는 웹에서 브라우저와 서버가 통신하기 위한 프로토콜 규약이다.

HTTP 1.1은 기본적으로 하나의 요청과 응답만 처리한다. 즉, 여러개의 요청을 한번에 전송할 수 없고 응답도 마찬가지다.

CSS파일을 로드하는 link태그, 이미지 파일을 로드하는 img 태그, 자바스크립트를 로드하는 script 태그 등에 의한 리소스 요청이 개별적으로 전송되고 응답 또한 개별적이므로 HTTP 1.1은 요청할 리소스의 개수에 비례하여 응답시간도 증가하는 단점이 있다.

반면 HTTP 2.0은 커넥션당 여러 개의 요청과 응답이 가능하다. 

 

 

38.3 HTML파싱과 DOM생성

브라우저의 요청에 의해 서버가 응답한 HTML문서는 문자열로 이루어진 순수한 텍스트다. 순수한 텍스트인 HTML문서를 브라우저에 시각적인 픽셀로 렌더링하려면 HTML문서를 브라우저가 이해할 수 있는 자료구조로 변환하여 메모리에 저장해야한다. 

이미지 출처 : https://poiemaweb.com/js-dom

브라우저 렌더링 엔진은 다음 그림과 같은 과정을 통해 응답받은 HTML 문서를 파싱하여 브라우저가 이해할 수 있는 자료구조인 DOM을 생성한다.

 

1. 서버에 존재하던 HTML파일이 브라우저 요청에 의해 응답된다. 이때 서버는 HTML파일을 메모리에 저장한 다음 메모리에 저장된 바이트를 경우하여 응답한다.
2. 브라우저는 서버가 응답한 HTML문서를 바이트(2진수 형태)로 응답받는다. 그리고 HTML문서는 meta 태그의 charset 어트리뷰트에 의해 지정된 인코딩방식을 기준으로 문자열로 변환된다.
3. 문자열로 변환된 HTML문서를 읽어들여 문법적 의미를 갖는 코드의 최소 단위인 토큰들로 분해한다.
4. 각 토큰들은 객체로 변환하여 노드를 생성하고 노드들은 이후 DOM을 구성하는 기본요소가 된다.
5. HTML문서는 HTML문서들의 집합으로 이루어지며 HTML요소는 중첩 관계를 갖는다.  요소간의 중첩 관계에 의해 부자관계가 형성되고 이러한 HTML간의 부자 관계를 반영하여 모든 노드들을 트리 자료구조로 구성한다. 이를 DOM이라부른다.

DOM은 HTML 문서를 파싱한 결과물이다.

 

 

38.4 CSS파싱과 CSSOM 생성

렌더링엔진은 한 줄씩 순차적으로 파싱하여 DOM을 생성해 나간다. 따라서 렌더링 엔진은 DOM을 생성해 나가다가 CSS를 로드하는 link태그나 style 태그를 만나면 DOM생성을 일시 중단한다.

body {
font-size:18px;
}

ul{
	list-style-type: none;
}

서버로 부터 css파일이 응답되면 렌더링 엔진은 HTML과 동일한 해석 과정(바이트 > 문자 > 토큰 > 노드 >CSSOM)을 거쳐 CSS를 파싱하여 CSSOM을 생성한다.

 

이미지 출처 : https://velog.io/@dev_cecy/%EB%B8%8C%EB%9D%BC%EC%9A%B0%EC%A0%80%EB%8A%94-%EC%96%B4%EB%96%BB%EA%B2%8C-%EB%A0%8C%EB%8D%94%EB%A7%81-%EB%90%A0%EA%B9%8C

 

CSSOM은 CSS의 상속을 반영하여 생성된다. 위 예제에서 body요소에 적용한 font-size 프로퍼티와 ul요소에 적용한 list-style-type프로퍼티는 모든 li요소에 상속된다. 

 

 

38.5 렌더 트리 생성

렌더링 엔진은 서버로부터 응답된 HTML과 CSS를 파싱하여 각각 DOM과 CSSOM을 생성한다. 그리고 이들은 렌더링을 위해 렌더 트리로 결합된다.

 

렌더 트리는 렌더링을 위한 트리 구조의 자료구조이므로 브라우저 화면에 렌더링되지 않는 노드와 CSS에 의해 비표시 (display: none)되는 노드들은 포함하지 않는다.

즉 렌더트리는 브라우저 화면에 렌더링되는 노드만으로 구성된다.

 

브라우저 렌더링 과정은 반복 실행될 수 있다.

다음과 같은 경우 레이아웃 계산과 페인팅이 재차 실행되는데 이를 리렌더링이라 하며 이는 성능에 악영향을 주는 작업이므로 빈번하게 발생하지 않도록 주의해야한다.

• 자바스크립트에 의한 노드 추가, 삭제
• 브라우저 창 리사징에 의한 뷰포트 크기 변경
• HTML요소의 레이아웃에 변경을 발생시키는 스타일 변경(width, left, margin ...) 

 

 

38.6 자바스크립트 파싱과 실행

HTML문서를 파싱한 결과물로서 생성된 DOM은 HTML문서의 구조와 정보 뿐만아니라 HTML요소와 스타일 등을 변경할 수 있는 프로그래밍 인터페이스로서 DOM API를 제공한다. 즉 DOM API를 사용하면 이미 생성된 DOM을 동적으로 조작할 수 있다.

 

렌더링 엔진은 한 줄씩 순차적으로 파싱하며 DOM을 생성하다가 자바스크립트 파일을 로드하는 script태그를 만나면 DOM생성을 일시 중단하고 자바스크립트 코드를 파싱하기 위해 자바스크립트 엔진에 제어권을 넘긴다. JS파싱과 실행이 중단되면 다시 제어권을 넘겨받아 HTML파싱이 중단된 시점부터 다시 HTML 파싱을 시작한다.

 

렌더링 엔진으로부터 제어권을 넘겨받은 자바스크립트 엔진은 자바스크립트를 해석하여 AST(추상적 구문 트리)를 생성한다 그리고 AST를 기반으로 인터프리터가 싱핼할 수 있는 중간 코드인 바이트 코드를 생성하여 실행한다.

이미지 출처: https://velog.io/@dev_jazziron/38

토크나이징

단순한 문자열인 자바스크립트 소스코드를 어휘 분석하여 문법적 의미를 갖는 코드의 최소 단위인 토큰들로 분해한다.

 

파싱 

토큰들의 집합을 구문 분석하여 AST(추상 구문 트리)를 생성한다. AST는 토큰에 문법적 의미와 구조를 반영한 트리 구조의 자료구조이다.

 

바이트코드 생성과 실행

파싱의 결과물로서 생성된 AST는 인터프리터가 실행할 수 있는 중간 코드인 바이트코드로 변환되고 인터프리터에 의해 실행된다.

 

 

38.7 리플로우와 리페인트

자바스크립트 코드에 DOM이나 CSSOM을 변경하는 DOM API가 사용된경우 DOM이나 CSSOM이 변경된다. 이때 변경된 DOM과 CSSOM은 다시 렌더 트리로 결합되고 변경된 렌더트리를 기반으로 레이아웃 페인트 과정을 거쳐 브라우저의 화면에 다시 렌더링하는데 이를 리플로우, 리페인트라 한다.

 

 

38.8 자바스크립트 파싱에 의한 HTML파싱 중단 

렌더링 엔진과 자바스크립트 엔진은 병력적으로 파싱을 실행하지 않고 직력적으로 파싱을 수행한다.

자바스크립트에서 DOM이나 CSSOM을 변경하는 DOM API를 사용하는 경우 DOM이나 CSSOM이 이미 생성되어있어야하는데 생성이 완료되지 않은 상태라면 문제가 발생할 수 있다.

이러한 문제를 회피하기 위해 body요소에 가장 아래에 자바스크립트를 위치시키는 것은 좋은 아이디어다.

또한 자바스크립트가 실행되기 이전에 DOM생성이 롼료되어 렌더링되므로 페이지 로딩시간이 단축되는 이점도 있다.

 

 

38.9 script 태그의 async / defer 어트리뷰트

자바스크립트 파싱에 의한 DOM 생성이 중단되는 문제를 근본적으로 해결하기 위해 HTML5부터 script 태그에 async와 defer 어트리뷰트가 추가되었다. 

async / defer 어트리뷰트는 src 어트리뷰트가 있는, 외부 자바스크립트 파일을 로드하는 경우에만 사용가능하다. 

 

 async / defer 어트리뷰트를 사용하면 자바스크립트 파일 로드가 비동기적으로 동시에 진행된다. 하지만 자바스크립트 실행 시점에 차이가 있다.

 

async 어트리뷰트

HTML 파싱과 외부 자바스크립트 파일의 로드가 비동기적으로 동시에 진행된다. 

단, 자바스크립트 파싱과 실행은 자바스크립트 파일의 로드가 완료된 직후 진행되며 이때 HTML 파싱이 중단된다.

 

여러개의 script 태그에 async 어트리뷰트를 지정하면 로드가 완료된 자바스크립트 먼저 실행되므로 순서가 보장되지 않는다. 따라서 순서 보장이 필요한 script 태그에는 async 어트리뷰트를 지정하지 않아야한다. IE10이상 지원

 

defer 어트리뷰트

async 어트리뷰트와 마찬가지로 HTML파싱과 외부 자바스크립트 로드가 비동기적으로 동시에 진행된다.

단 자바스크립트 파싱과 실행은 HTML 파싱이 완료된 직후 즉 DOM이 생성이 완료된 직후 진행된다.

따라서 DOM생성이 완료된 이후 실행해야되는 js에 유용하다.

 

 

 

 

 

 

 

Reference 

• 모던 자바스크립트 Deep Dive _이웅모
• https://ghost4551.tistory.com/220

 

이미지 출처

• https://velog.io/@dev_jazziron/38