CSS的原理解析

這篇文章主要介紹“CSS的原理解析”，在日常操作中，相信很多人在CSS的原理解析問題上存在疑惑，小編查閱了各式資料，整理出簡(jiǎn)單好用的操作方法，希望對(duì)大家解答”CSS的原理解析”的疑惑有所幫助！接下來，請(qǐng)跟著小編一起來學(xué)習(xí)吧！

一、瀏覽器渲染

首先來回顧一下瀏覽器的渲染過程，先上圖：

正如上圖所展示的，我們?yōu)g覽器渲染過程分為了兩條主線：
其一，HTML Parser 生成的 DOM 樹；
其二，CSS Parser 生成的 Style Rules ；

在這之后，DOM 樹與 Style Rules 會(huì)生成一個(gè)新的對(duì)象，也就是我們常說的 Render Tree 渲染樹，結(jié)合 Layout 繪制在屏幕上，從而展現(xiàn)出來。

本文的重點(diǎn)也就集中在第二條分支上，我們來探究一下 CSS 解析原理。

二、Webkit CSS 解析器

瀏覽器 CSS 模塊負(fù)責(zé) CSS 腳本解析，并為每個(gè) Element 計(jì)算出樣式。CSS 模塊雖小，但是計(jì)算量大，設(shè)計(jì)不好往往成為瀏覽器性能的瓶頸。

CSS 模塊在實(shí)現(xiàn)上有幾個(gè)特點(diǎn)：CSS 對(duì)象眾多(顆粒小而多)，計(jì)算頻繁(為每個(gè) Element 計(jì)算樣式)。這些特性決定了 webkit 在實(shí)現(xiàn) CSS 引擎上采取的設(shè)計(jì)，算法。如何高效的計(jì)算樣式是瀏覽器內(nèi)核的重點(diǎn)也是難點(diǎn)。

先來看一張圖：

Webkit 使用 Flex 和 Bison 解析生成器從 CSS 語法文件中自動(dòng)生成解析器。

它們都是將每個(gè) CSS 文件解析為樣式表對(duì)象，每個(gè)對(duì)象包含 CSS 規(guī)則，CSS 規(guī)則對(duì)象包含選擇器和聲明對(duì)象，以及其他一些符合 CSS 語法的對(duì)象，下圖可能會(huì)比較明了：

Webkit 使用了自動(dòng)代碼生成工具生成了相應(yīng)的代碼，也就是說詞法分析和語法分析這部分代碼是自動(dòng)生成的，而 Webkit 中實(shí)現(xiàn)的 CallBack 函數(shù)就是在 CSSParser 中。

CSS 的一些解析功能的入口也在此處，它們會(huì)調(diào)用 lex , parse 等生成代碼。相對(duì)的，生成代碼中需要的 CallBack 也需要在這里實(shí)現(xiàn)。

舉例來說，現(xiàn)在我們來看其中一個(gè)回調(diào)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)，createStyleRule(),該函數(shù)將在一般性的規(guī)則需要被建立的時(shí)候調(diào)用，代碼如下：

CSSRule* CSSParser::createStyleRule(CSSSelector* selector)  
{  
    CSSStyleRule* rule = 0;  
    if (selector) {  
        rule = new CSSStyleRule(styleElement);  
        m_parsedStyleObjects.append(rule);  
        rule->setSelector(sinkFloatingSelector(selector));  
        rule->setDeclaration(new CSSMutableStyleDeclaration(rule, parsedProperties, numParsedProperties));  
    }  
    clearProperties();  
    return rule;  
}

從該函數(shù)的實(shí)現(xiàn)可以很清楚的看到，解析器達(dá)到某條件需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè) CSSStyleRule 的時(shí)候?qū)⒄{(diào)用該函數(shù)，該函數(shù)的功能是創(chuàng)建一個(gè) CSSStyleRule ，并將其添加已解析的樣式對(duì)象列表 m_parsedStyleObjects 中去，這里的對(duì)象就是指的 Rule 。

那么如此一來，經(jīng)過這樣一番解析后，作為輸入的樣式表中的所有 Style Rule 將被轉(zhuǎn)化為 Webkit 的內(nèi)部模型對(duì)象 CSSStyleRule 對(duì)象，存儲(chǔ)在 m_parsedStyleObjects中，它是一個(gè) Vector。

但是我們解析所要的結(jié)果是什么？

1.通過調(diào)用 CSSStyleSheet 的 parseString 函數(shù)，將上述 CSS 解析過程啟動(dòng)，解析完一遍后，把 Rule 都存儲(chǔ)在對(duì)應(yīng)的 CSSStyleSheet 對(duì)象中；

2.由于目前規(guī)則依然是不易于處理的，還需要將之轉(zhuǎn)換成 CSSRuleSet。也就是將所有的純樣式規(guī)則存儲(chǔ)在對(duì)應(yīng)的集合當(dāng)中，這種集合的抽象就是 CSSRuleSet；

3.CSSRuleSet 提供了一個(gè) addRulesFromSheet 方法，能將 CSSStyleSheet 中的 rule 轉(zhuǎn)換為 CSSRuleSet 中的 rule ；

4.基于這些個(gè) CSSRuleSet 來決定每個(gè)頁面中的元素的樣式；

三、CSS 選擇器解析順序

可能很多同學(xué)都知道排版引擎解析 CSS 選擇器時(shí)是從右往左解析，這是為什么呢？

1.HTML 經(jīng)過解析生成 DOM Tree（這個(gè)我們比較熟悉）；而在 CSS 解析完畢后，需要將解析的結(jié)果與 DOM Tree 的內(nèi)容一起進(jìn)行分析建立一棵 Render Tree，最終用來進(jìn)行繪圖。Render Tree 中的元素（WebKit 中稱為「renderers」，F(xiàn)irefox 下為「frames」）與 DOM 元素相對(duì)應(yīng)，但非一一對(duì)應(yīng)：一個(gè) DOM 元素可能會(huì)對(duì)應(yīng)多個(gè) renderer，如文本折行后，不同的「行」會(huì)成為 render tree 種不同的 renderer。也有的 DOM 元素被 Render Tree 完全無視，比如 display:none 的元素。

2.在建立 Render Tree 時(shí)（WebKit 中的「Attachment」過程），瀏覽器就要為每個(gè) DOM Tree 中的元素根據(jù) CSS 的解析結(jié)果（Style Rules）來確定生成怎樣的 renderer。對(duì)于每個(gè) DOM 元素，必須在所有 Style Rules 中找到符合的 selector 并將對(duì)應(yīng)的規(guī)則進(jìn)行合并。選擇器的「解析」實(shí)際是在這里執(zhí)行的，在遍歷 DOM Tree 時(shí)，從 Style Rules 中去尋找對(duì)應(yīng)的 selector。

3.因?yàn)樗袠邮揭?guī)則可能數(shù)量很大，而且絕大多數(shù)不會(huì)匹配到當(dāng)前的 DOM 元素（因?yàn)閿?shù)量很大所以一般會(huì)建立規(guī)則索引樹），所以有一個(gè)快速的方法來判斷「這個(gè) selector 不匹配當(dāng)前元素」就是極其重要的。

4.如果正向解析，例如「div div p em」，我們首先就要檢查當(dāng)前元素到 html 的整條路徑，找到最上層的 div，再往下找，如果遇到不匹配就必須回到最上層那個(gè) div，往下再去匹配選擇器中的第一個(gè) div，回溯若干次才能確定匹配與否，效率很低。

對(duì)于上述描述，我們先有個(gè)大概的認(rèn)知。接下來我們來看這樣一個(gè)例子：

<div>
   <div class="jartto">
      <p>span> 111 span><p>
      <p>span> 222 span><p>
      <p><span> 333 <span><p>
      <p><span class='yellow'> 444 <span><p>
   <div>
<div>

CSS 選擇器：

div > div.jartto p span.yellow{
   color:yellow;
}

對(duì)于上述例子，如果按從左到右的方式進(jìn)行查找：

1.先找到所有 div 節(jié)點(diǎn)；
2.在 div 節(jié)點(diǎn)內(nèi)找到所有的子 div ,并且是 class = “jartto”；
3.然后再依次匹配 p span.yellow 等情況；
4.遇到不匹配的情況，就必須回溯到一開始搜索的 div 或者 p 節(jié)點(diǎn)，然后去搜索下個(gè)節(jié)點(diǎn)，重復(fù)這樣的過程。

這樣的搜索過程對(duì)于一個(gè)只是匹配很少節(jié)點(diǎn)的選擇器來說，效率是極低的，因?yàn)槲覀兓ㄙM(fèi)了大量的時(shí)間在回溯匹配不符合規(guī)則的節(jié)點(diǎn)。

如果換個(gè)思路，我們一開始過濾出跟目標(biāo)節(jié)點(diǎn)最符合的集合出來，再在這個(gè)集合進(jìn)行搜索，大大降低了搜索空間。來看看從右到左來解析選擇器：

1.首先就查找到 的元素；
2.緊接著我們判斷這些節(jié)點(diǎn)中的前兄弟節(jié)點(diǎn)是否符合 P 這個(gè)規(guī)則，這樣就又減少了集合的元素，只有符合當(dāng)前的子規(guī)則才會(huì)匹配再上一條子規(guī)則。

結(jié)果顯而易見了，眾所周知，在 DOM 樹中一個(gè)元素可能有若干子元素，如果每一個(gè)都去判斷一下顯然性能太差。而一個(gè)子元素只有一個(gè)父元素，所以找起來非常方便。

試想一下，如果采用從左至右的方式讀取 CSS 規(guī)則，那么大多數(shù)規(guī)則讀到最后（最右）才會(huì)發(fā)現(xiàn)是不匹配的，這樣會(huì)做費(fèi)時(shí)耗能，最后有很多都是無用的；而如果采取從右向左的方式，那么只要發(fā)現(xiàn)最右邊選擇器不匹配，就可以直接舍棄了，避免了許多無效匹配。

瀏覽器 CSS 匹配核心算法的規(guī)則是以從右向左方式匹配節(jié)點(diǎn)的。這樣做是為了減少無效匹配次數(shù)，從而匹配快、性能更優(yōu)。

四、CSS 語法解析過程

CSS 樣式表解析過程中講解的很細(xì)致，這里我們只看 CSS 語法解釋器，大致過程如下：
1.先創(chuàng)建 CSSStyleSheet 對(duì)象。將 CSSStyleSheet 對(duì)象的指針存儲(chǔ)到 CSSParser 對(duì)象中。
2.CSSParser 識(shí)別出一個(gè) simple-selector ，形如 “div” 或者 “.class”。創(chuàng)建一個(gè) CSSParserSelector 對(duì)象。
3.CSSParser 識(shí)別出一個(gè)關(guān)系符和另一個(gè) simple-selecotr ，那么修改之前創(chuàng)建的 simple-selecotr, 創(chuàng)建組合關(guān)系符。
4.循環(huán)第3步直至碰到逗號(hào)或者左大括號(hào)。
5.如果碰到逗號(hào)，那么取出 CSSParser 的 reuse vector，然后將堆棧尾部的 CSSParserSelector 對(duì)象彈出存入 Vecotr 中，最后跳轉(zhuǎn)至第2步。如果碰到左大括號(hào)，那么跳轉(zhuǎn)至第6步。
6.識(shí)別屬性名稱，將屬性名稱的 hash 值壓入解釋器堆棧。
7.識(shí)別屬性值，創(chuàng)建 CSSParserValue 對(duì)象，并將 CSSParserValue 對(duì)象存入解釋器堆棧。
8.將屬性名稱和屬性值彈出棧，創(chuàng)建 CSSProperty 對(duì)象。并將 CSSProperty 對(duì)象存入 CSSParser 成員變量m_parsedProperties 中。
9.如果識(shí)別處屬性名稱，那么轉(zhuǎn)至第6步。如果識(shí)別右大括號(hào)，那么轉(zhuǎn)至第10步。
10.將 reuse vector 從堆棧中彈出，并創(chuàng)建 CSSStyleRule 對(duì)象。CSSStyleRule 對(duì)象的選擇符就是 reuse vector, 樣式值就是 CSSParser 的成員變量 m_parsedProperties 。
11.把 CSSStyleRule 添加到 CSSStyleSheet 中。
12.清空 CSSParser 內(nèi)部緩存結(jié)果。
13.如果沒有內(nèi)容了，那么結(jié)束。否則跳轉(zhuǎn)值第2步。

五、內(nèi)聯(lián)樣式如何解析？

通過上文的了解，我們知道，當(dāng) CSS Parser 解析完 CSS 腳本后，會(huì)生成 CSSStyleSheetList ，他保存在Document 對(duì)象上。為了更快的計(jì)算樣式，必須對(duì)這些 CSSStyleSheetList 進(jìn)行重新組織。

計(jì)算樣式就是從 CSSStyleSheetList 中找出所有匹配相應(yīng)元素的 property-value 對(duì)。匹配會(huì)通過CSSSelector 來驗(yàn)證，同時(shí)需要滿足層疊規(guī)則。

將所有的 declaration 中的 property 組織成一個(gè)大的數(shù)組。數(shù)組中的每一項(xiàng)紀(jì)錄了這個(gè) property 的selector，property 的值，權(quán)重（層疊規(guī)則）。

可能類似如下的表現(xiàn)：

p > a { 
  color : red; 
  background-color:black;
}  
a {
  color : yellow
}  
div { 
  margin : 1px;
}

重新組織之后的數(shù)組數(shù)據(jù)為(weight我只是表示了他們之間的相對(duì)大小，并非實(shí)際值。）

好了，到這里，我們來解決上述問題：
首先，要明確，內(nèi)斂樣式只是 CSS 三種加載方式之一；
其次，瀏覽器解析分為兩個(gè)分支，HTML Parser 和 CSS Parser，兩個(gè) Parser 各司其職，各盡其責(zé)；
最后，不同的 CSS 加載方式產(chǎn)生的 Style rule ，通過權(quán)重來確定誰覆蓋誰；

到這里就不難理解了，對(duì)瀏覽器來說，內(nèi)聯(lián)樣式與其他的加載樣式方式唯一的區(qū)別就是權(quán)重不同。

深入了解，請(qǐng)閱讀Webkit CSS引擎分析

六、何謂 computedStyle ？

到這里，你以為完了？Too young too simple, sometimes naive!

瀏覽器還有一個(gè)非常棒的策略，在特定情況下，瀏覽器會(huì)共享 computedStyle，網(wǎng)頁中能共享的標(biāo)簽非常多，所以能極大的提升執(zhí)行效率！如果能共享，那就不需要執(zhí)行匹配算法了，執(zhí)行效率自然非常高。

也就是說：如果兩個(gè)或多個(gè) element 的 computedStyle 不通過計(jì)算可以確認(rèn)他們相等，那么這些 computedStyle 相等的 elements 只會(huì)計(jì)算一次樣式，其余的僅僅共享該 computedStyle 。

那么有哪些規(guī)則會(huì)共享 computedStyle 呢？

該共享的element不能有id屬性且CSS中還有該id的StyleRule.哪怕該StyleRule與Element不匹配。

tagName和class屬性必須一樣;

mappedAttribute必須相等;

不能使用sibling selector，譬如:first-child, :last-selector, + selector;

不能有style屬性。哪怕style屬性相等，他們也不共享;

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到此，關(guān)于“CSS的原理解析”的學(xué)習(xí)就結(jié)束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實(shí)踐的搭配能更好的幫助大家學(xué)習(xí)，快去試試吧！若想繼續(xù)學(xué)習(xí)更多相關(guān)知識(shí)，請(qǐng)繼續(xù)關(guān)注億速云網(wǎng)站，小編會(huì)繼續(xù)努力為大家?guī)砀鄬?shí)用的文章！