[置頂]       現(xiàn)代瀏覽器的工作原理

簡(jiǎn)介

瀏覽器可以被認(rèn)為是使用最廣泛的軟件，本文將介紹瀏覽器的工 作原理，我們將看到，從你在地址欄輸入google.com到你看到google主頁(yè)過(guò)程中都發(fā)生了什么。

將討論的瀏覽器

今天，有五種主流瀏覽器——IE、Firefox、Safari、Chrome及Opera。本文將基于一些開(kāi)源瀏覽器的例子——Firefox、 Chrome及Safari，Safari是部分開(kāi)源的。

根據(jù)W3C（World Wide Web Consortium 萬(wàn)維網(wǎng)聯(lián)盟）的瀏覽器統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，當(dāng)前（2011年9月），F(xiàn)irefox、Safari及Chrome的市場(chǎng)占有率綜合已快接近50％。（原文為2009年10月，數(shù)據(jù)沒(méi)有太大變化）因此，可以說(shuō)開(kāi)源瀏覽器將近占據(jù)了瀏覽器市場(chǎng)的半壁江山。

瀏覽器的主要功能

瀏覽器的主要功能是將用戶(hù)選擇得web資源呈現(xiàn)出來(lái)，它需要從服務(wù)器請(qǐng)求資源，并將其顯示在瀏覽器窗口中，資源的格式通常是HTML，也包括PDF、image及其他格式。用戶(hù)用URI（Uniform Resource Identifier 統(tǒng)一資源標(biāo)識(shí)符）來(lái)指定所請(qǐng)求資源的位置，在網(wǎng)絡(luò)一章有更多討論。

HTML和CSS規(guī)范中規(guī)定了瀏覽器解釋html文檔的方式，由 W3C組織對(duì)這些規(guī)范進(jìn)行維護(hù)，W3C是負(fù)責(zé)制定web標(biāo)準(zhǔn)的組織。

HTML規(guī)范的最新版本是HTML4(http://www.w3.org/TR/html401/)，HTML5還在制定中（譯注：兩年前），最新的CSS規(guī)范版本是2（http://www.w3.org/TR/CSS2），CSS3也還正在制定中（譯注：同樣兩年前）。

這些年來(lái)，瀏覽器廠(chǎng)商紛紛開(kāi)發(fā)自己的擴(kuò)展，對(duì)規(guī)范的遵循并不完善，這為web開(kāi)發(fā)者帶來(lái)了嚴(yán)重的兼容性問(wèn)題。

但是，瀏覽器的用戶(hù)界面則差不多，常見(jiàn)的用戶(hù)界面元素包括：

▲用來(lái)輸入U(xiǎn)RI的地址欄

▲前進(jìn)、后退按鈕

▲書(shū)簽選項(xiàng)

▲用于刷新及暫停當(dāng)前加載文檔的刷新、暫停按鈕

▲用于到達(dá)主頁(yè)的主頁(yè)按鈕

奇怪的是，并沒(méi)有哪個(gè)正式公布的規(guī)范對(duì)用戶(hù)界面做出規(guī)定，這些是多年來(lái)各瀏覽器廠(chǎng)商之間相互模仿和不斷改進(jìn)得結(jié)果。

HTML5并沒(méi)有規(guī)定瀏覽器必須具有的UI元素，但列出了一些常用元素，包括地址欄、狀態(tài)欄及工具欄。還有一些瀏覽器有自己專(zhuān)有得功能，比如Firefox得下載管理。更多相關(guān)內(nèi)容將在后面討論用戶(hù)界面時(shí)介紹。

瀏覽器的主要構(gòu)成High Level Structure

瀏覽器的主要組件包括：

▲用戶(hù)界面－ 包括地址欄、后退/前進(jìn)按鈕、書(shū)簽?zāi)夸浀?，也就是你所看到的除了用?lái)顯示你所請(qǐng)求頁(yè)面的主窗口之外的其他部分

▲瀏覽器引擎－ 用來(lái)查詢(xún)及操作渲染引擎的接口

▲渲染引擎－ 用來(lái)顯示請(qǐng)求的內(nèi)容，例如，如果請(qǐng)求內(nèi)容為html，它負(fù)責(zé)解析html及css，并將解析后的結(jié)果顯示出來(lái)

▲網(wǎng)絡(luò)－ 用來(lái)完成網(wǎng)絡(luò)調(diào)用，例如http請(qǐng)求，它具有平臺(tái)無(wú)關(guān)的接口，可以在不同平臺(tái)上工作
UI 后端－ 用來(lái)繪制類(lèi)似組合選擇框及對(duì)話(huà)框等基本組件，具有不特定于某個(gè)平臺(tái)的通用接口，底層使用操作系統(tǒng)的用戶(hù)接口

▲JS解釋器－ 用來(lái)解釋執(zhí)行JS代碼

▲數(shù)據(jù)存儲(chǔ)－ 屬于持久層，瀏覽器需要在硬盤(pán)中保存類(lèi)似cookie的各種數(shù)據(jù)，HTML5定義了web database技術(shù)，這是一種輕量級(jí)完整的客戶(hù)端存儲(chǔ)技術(shù)

圖1：瀏覽器主要組件

需要注意的是，不同于大部分瀏覽器，Chrome為每個(gè)Tab分配了各自的渲染引擎實(shí)例，每個(gè)Tab就是一個(gè)獨(dú)立的進(jìn)程。

對(duì)于構(gòu)成瀏覽器的這些組件，后面會(huì)逐一詳細(xì)討論。

組件間的通信 Communication between the components

Firefox和Chrome都開(kāi)發(fā)了一個(gè)特殊的通信結(jié)構(gòu)，后面將有專(zhuān)門(mén)的一章進(jìn)行討論。

渲染引擎 The rendering engine

渲染引擎的職責(zé)就是渲染，即在瀏覽器窗口中顯示所請(qǐng)求的內(nèi)容。

默認(rèn)情況下，渲染引擎可以顯示html、xml文檔及圖片，它也可以借助插件（一種瀏覽器擴(kuò)展）顯示其他類(lèi)型數(shù)據(jù)，例如使用PDF閱讀器插件，可以顯示PDF格式，將由專(zhuān)門(mén)一章講解插件及擴(kuò)展，這里只討論渲染引擎最主要的用途——顯示應(yīng)用了CSS之后的html及圖片。

渲染引擎 Rendering engines

本文所討論得瀏覽器——Firefox、Chrome和Safari是基于兩種渲染引擎構(gòu)建的，F(xiàn)irefox使用Geoko——Mozilla自主研發(fā)的渲染引擎，Safari和Chrome都使用webkit。

Webkit是一款開(kāi)源渲染引擎，它本來(lái)是為linux平臺(tái)研發(fā)的，后來(lái)由Apple移植到Mac及Windows上，相關(guān)內(nèi)容請(qǐng)參考http://webkit.org。

主流程 The main flow

渲染引擎首先通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲得所請(qǐng)求文檔的內(nèi)容，通常以8K分塊的方式完成。

下面是渲染引擎在取得內(nèi)容之后的基本流程：

解析html以構(gòu)建dom樹(shù)->構(gòu)建render樹(shù)->布局render樹(shù)->繪制render樹(shù)

圖2：渲染引擎基本流程

渲染引擎開(kāi)始解析html，并將標(biāo)簽轉(zhuǎn)化為內(nèi)容樹(shù)中的dom節(jié)點(diǎn)。接著，它解析外部CSS文件及style標(biāo)簽中的樣式信息。這些樣式信息以及html中的可見(jiàn)性指令將被用來(lái)構(gòu)建另一棵樹(shù)——render樹(shù)。

Render樹(shù)由一些包含有顏色和大小等屬性的矩形組成，它們將被按照正確的順序顯示到屏幕上。

Render樹(shù)構(gòu)建好了之后，將會(huì)執(zhí)行布局過(guò)程，它將確定每個(gè)節(jié)點(diǎn)在屏幕上的確切坐標(biāo)。再下一步就是繪制，即遍歷render樹(shù)，并使用UI后端層繪制每個(gè)節(jié)點(diǎn)。

值得注意的是，這個(gè)過(guò)程是逐步完成的，為了更好的用戶(hù)體驗(yàn)，渲染引擎將會(huì)盡可能早的將內(nèi)容呈現(xiàn)到屏幕上，并不會(huì)等到所有的html都解析完成之后再去構(gòu)建和布局render樹(shù)。它是解析完一部分內(nèi)容就顯示一部分內(nèi)容，同時(shí)，可能還在通過(guò)網(wǎng)絡(luò)下載其余內(nèi)容。

 

圖3：webkit主流程

 

圖4：Mozilla的Geoko 渲染引擎主流程

從圖3和4中可以看出，盡管webkit和Gecko使用的術(shù)語(yǔ)稍有不同，他們的主要流程基本相同。Gecko稱(chēng)可見(jiàn)的格式化元素組成的樹(shù)為frame樹(shù)，每個(gè)元素都是一個(gè)frame，webkit則使用render樹(shù)這個(gè)名詞來(lái)命名由渲染對(duì)象組成的樹(shù)。Webkit中元素的定位稱(chēng)為布局，而Gecko中稱(chēng)為回流。Webkit稱(chēng)利用dom節(jié)點(diǎn)及樣式信息去構(gòu)建render樹(shù)的過(guò)程為attachment，Gecko在html和dom樹(shù)之間附加了一層，這層稱(chēng)為內(nèi)容接收器，相當(dāng)制造dom元素的工廠(chǎng)。下面將討論流程中的各個(gè)階段。

解析 Parsing－general

既然解析是渲染引擎中一個(gè)非常重要的過(guò)程，我們將稍微深入的研究它。首先簡(jiǎn)要介紹一下解析。

解析一個(gè)文檔即將其轉(zhuǎn)換為具有一定意義的結(jié)構(gòu)——編碼可以理解和使用的東西。解析的結(jié)果通常是表達(dá)文檔結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)樹(shù)，稱(chēng)為解析樹(shù)或語(yǔ)法樹(shù)。

例如，解析“2＋3－1”這個(gè)表達(dá)式，可能返回這樣一棵樹(shù)。

圖5：數(shù)學(xué)表達(dá)式樹(shù)節(jié)點(diǎn)

文法 Grammars

解析基于文檔依據(jù)的語(yǔ)法規(guī)則——文檔的語(yǔ)言或格式。每種可被解析的格式必須具有由詞匯及語(yǔ)法規(guī)則組成的特定的文法，稱(chēng)為上下文無(wú)關(guān)文法。人類(lèi)語(yǔ)言不具有這一特性，因此不能被一般的解析技術(shù)所解析。

解析器－詞法分析器 Parser－Lexer combination

解析可以分為兩個(gè)子過(guò)程——語(yǔ)法分析及詞法分析

詞法分析就是將輸入分解為符號(hào)，符號(hào)是語(yǔ)言的詞匯表——基本有效單元的集合。對(duì)于人類(lèi)語(yǔ)言來(lái)說(shuō)，它相當(dāng)于我們字典中出現(xiàn)的所有單詞。

語(yǔ)法分析指對(duì)語(yǔ)言應(yīng)用語(yǔ)法規(guī)則。

解析器一般將工作分配給兩個(gè)組件——詞法分析器（有時(shí)也叫分詞器）負(fù)責(zé)將輸入分解為合法的符號(hào)，解析器則根據(jù)語(yǔ)言的語(yǔ)法規(guī)則分析文檔結(jié)構(gòu)，從而構(gòu)建解析樹(shù)，詞法分析器知道怎么跳過(guò)空白和換行之類(lèi)的無(wú)關(guān)字符。

圖6：從源文檔到解析樹(shù)

解析過(guò)程是迭代的，解析器從詞法分析器處取道一個(gè)新的符號(hào)，并試著用這個(gè)符號(hào)匹配一條語(yǔ)法規(guī)則， 如果匹配了一條規(guī)則，這個(gè)符號(hào)對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)將被添加到解析樹(shù)上，然后解析器請(qǐng)求另一個(gè)符號(hào)。如果沒(méi)有匹配到規(guī)則，解析器將在內(nèi)部保存該符號(hào)，并從詞法分析器 取下一個(gè)符號(hào)，直到所有內(nèi)部保存的符號(hào)能夠匹配一項(xiàng)語(yǔ)法規(guī)則。如果最終沒(méi)有找到匹配的規(guī)則，解析器將拋出一個(gè)異常，這意味著文檔無(wú)效或是包含語(yǔ)法錯(cuò)誤。

轉(zhuǎn)換 Translation

很多時(shí)候，解析樹(shù)并不是最終結(jié)果。解析一般在轉(zhuǎn)換中使用——將輸入文檔轉(zhuǎn)換為另一種格式。編譯就是個(gè)例子，編譯器在將一段源碼編譯為機(jī)器碼的時(shí)候，先將源碼解析為解析樹(shù)，然后將該樹(shù)轉(zhuǎn)換為一個(gè)機(jī)器碼文檔。

圖7：編譯流程

解析實(shí)例 Parsing example

圖5中，我們從一個(gè)數(shù)學(xué)表達(dá)式構(gòu)建了一個(gè)解析樹(shù)，這里定義一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)語(yǔ)言來(lái)看下解析過(guò)程。

詞匯表：我們的語(yǔ)言包括整數(shù)、加號(hào)及減號(hào)。

語(yǔ)法：

1. 該語(yǔ)言的語(yǔ)法基本單元包括表達(dá)式、term及操作符

2. 該語(yǔ)言可以包括多個(gè)表達(dá)式

3. 一個(gè)表達(dá)式定義為兩個(gè)term通過(guò)一個(gè)操作符連接

4. 操作符可以是加號(hào)或減號(hào)

5. term可以是一個(gè)整數(shù)或一個(gè)表達(dá)式

現(xiàn)在來(lái)分析一下“2＋3－1”這個(gè)輸入

第一個(gè)匹配規(guī)則的子字符串是“2”，根據(jù)規(guī)則5，它是一個(gè)term，第二個(gè)匹配的是“2＋3”，它符合第2條規(guī)則——一個(gè)操作符連接兩個(gè)term，下一次匹配發(fā)生在輸入的結(jié)束處?！?＋3－1”是一個(gè)表達(dá)式，因?yàn)槲覀円呀?jīng)知道“2＋3”是一個(gè)term，所以我們有了一個(gè)term緊跟著一個(gè)操作符及另一個(gè)term?！?＋＋”將不會(huì)匹配任何規(guī)則，因此是一個(gè)無(wú)效輸入。

詞匯表及語(yǔ)法的定義

詞匯表通常利用正則表達(dá)式來(lái)定義。

例如上面的語(yǔ)言可以定義為：

 

 

正如看到的，這里用正則表達(dá)式定義整數(shù)。

語(yǔ)法通常用BNF格式定義，我們的語(yǔ)言可以定義為：

 

 

如果一個(gè)語(yǔ)言的文法是上下文無(wú)關(guān)的，則它可以用正則解析器來(lái)解析。對(duì)上下文無(wú)關(guān)文法的一個(gè)直觀的定義是，該文法可以用BNF來(lái)完整的表達(dá)?？刹榭磆ttp://en.wikipedia.org/wiki/Context-free_grammar。

解析器類(lèi)型 Types of parsers

有兩種基本的解析器——自頂向下解析及自底向上解析。比較直觀的解釋是，自頂向下解析，查看語(yǔ)法的最高層結(jié)構(gòu)并試著匹配其中一個(gè)；自底向上解析則從輸入開(kāi)始，逐步將其轉(zhuǎn)換為語(yǔ)法規(guī)則，從底層規(guī)則開(kāi)始直到匹配高層規(guī)則。

來(lái)看一下這兩種解析器如何解析上面的例子：

自頂向下解析器從最高層規(guī)則開(kāi)始——它先識(shí)別出“2＋3“，將其視為一個(gè)表達(dá)式，然后識(shí)別出”2＋3－1“為一個(gè)表達(dá)式（識(shí)別表達(dá)式的過(guò)程中匹配了其他規(guī)則，但出發(fā)點(diǎn)是最高層規(guī)則）。

自底向上解析會(huì)掃描輸入直到匹配了一條規(guī)則，然后用該規(guī)則取代匹配的輸入，直到解析完所有輸入。部分匹配的表達(dá)式被放置在解析堆棧中。

 

Stack	Input
	2 + 3 – 1
term	+ 3 – 1
term operation	3 – 1
expression	- 1
expression operation	1
expression

自底向上解析器稱(chēng)為shift reduce 解析器，因?yàn)檩斎胂蛴乙苿?dòng)（想象一個(gè)指針首先指向輸入開(kāi)始處，并向右移動(dòng)），并逐漸簡(jiǎn)化為語(yǔ)法規(guī)則。

自動(dòng)化解析 Generating parse

解析器生成器這個(gè)工具可以自動(dòng)生成解析器，只需要指定語(yǔ)言的文法——詞匯表及語(yǔ)法規(guī)則，它就可以生成一個(gè)解析器。創(chuàng)建一個(gè)解析器需要對(duì)解析有深入的理解，而且手動(dòng)的創(chuàng)建一個(gè)由較好性能的解析器并不容易，所以解析生成器很有用。Webkit使用兩個(gè)知名的解析生成器——用于創(chuàng)建語(yǔ)法分析器的Flex及創(chuàng)建解析器的Bison（你可能接觸過(guò)Lex和Yacc）。Flex的輸入是一個(gè)包含了符號(hào)定義的正則表達(dá)式，Bison的輸入是用BNF格式表示的語(yǔ)法規(guī)則。rs automatically

HTML解析器 HTML Parser

HTML解析器的工作是將html標(biāo)識(shí)解析為解析樹(shù)。

HTML文法定義 The HTML grammar definition

W3C組織制定規(guī)范定義了HTML的詞匯表和語(yǔ)法。

非上下文無(wú)關(guān)文法 Not a context free grammar

正如在解析簡(jiǎn)介中提到的，上下文無(wú)關(guān)文法的語(yǔ)法可以用類(lèi)似BNF的格式來(lái)定義。

不幸的是，所有的傳統(tǒng)解析方式都不適用于html（當(dāng)然我提出它們并不只是因?yàn)楹猛妫鼈儗⒂脕?lái)解析css和js），html不能簡(jiǎn)單的用解析所需的上下文無(wú)關(guān)文法來(lái)定義。

Html 有一個(gè)正式的格式定義——DTD（Document Type Definition 文檔類(lèi)型定義）——但它并不是上下文無(wú)關(guān)文法，html更接近于xml，現(xiàn)在有很多可用的xml解析器，html有個(gè)xml的變體——xhtml，它們間的不同在于，html更寬容，它允許忽略一些特定標(biāo)簽，有時(shí)可以省略開(kāi)始或結(jié)束標(biāo)簽。總的來(lái)說(shuō)，它是一種soft語(yǔ)法，不像xml呆板、固執(zhí)。

顯然，這個(gè)看起來(lái)很小的差異卻帶來(lái)了很大的不同。一方面，這是html流行的原因——它的寬容使web開(kāi)發(fā)人員的工作更加輕松，但另一方面，這也使很難去寫(xiě)一個(gè)格式化的文法。所以，html的解析并不簡(jiǎn)單，它既不能用傳統(tǒng)的解析器解析，也不能用xml解析器解析。

HTML DTD

Html適用DTD格式進(jìn)行定義，這一格式是用于定義SGML家族的語(yǔ)言，包括了對(duì)所有允許元素及它們的屬性和層次關(guān)系的定義。正如前面提到的，html DTD并沒(méi)有生成一種上下文無(wú)關(guān)文法。

DTD有一些變種，標(biāo)準(zhǔn)模式只遵守規(guī)范，而其他模式則包含了對(duì)瀏覽器過(guò)去所使用標(biāo)簽的支持，這么做是為了兼容以前內(nèi)容。最新的標(biāo)準(zhǔn)DTD在http://www.w3.org/TR/html4/strict.dtd

DOM

輸出的樹(shù)，也就是解析樹(shù)，是由DOM元素及屬性節(jié)點(diǎn)組成的。DOM是文檔對(duì)象模型的縮寫(xiě)，它是html文檔的對(duì)象表示，作為html元素的外部接口供js等調(diào)用。

樹(shù)的根是“document”對(duì)象。

DOM和標(biāo)簽基本是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，例如，如下的標(biāo)簽：

 

 

將會(huì)被轉(zhuǎn)換為下面的DOM樹(shù)：

圖8：示例標(biāo)簽對(duì)應(yīng)的DOM樹(shù)

和html一樣，DOM的規(guī)范也是由W3C組織制定的。訪(fǎng)問(wèn)http://www.w3.org/DOM/DOMTR，這是使用文檔的一般規(guī)范。一個(gè)模型描述一種特定的html元素，可以在http://www.w3.org/TR/2003/REC-DOM-Level-2-HTML-20030109/idl-definitions.htm 查看html定義。

這里所謂的樹(shù)包含了DOM節(jié)點(diǎn)是說(shuō)樹(shù)是由實(shí)現(xiàn)了DOM接口的元素構(gòu)建而成的，瀏覽器使用已被瀏覽器內(nèi)部使用的其他屬性的具體實(shí)現(xiàn)。

解析算法 The parsing algorithm

正如前面章節(jié)中討論的，hmtl不能被一般的自頂向下或自底向上的解析器所解析。

原因是：

1. 這門(mén)語(yǔ)言本身的寬容特性

2. 瀏覽器對(duì)一些常見(jiàn)的非法html有容錯(cuò)機(jī)制

3. 解析過(guò)程是往復(fù)的，通常源碼不會(huì)在解析過(guò)程中發(fā)生改變，但在html中，腳本標(biāo)簽包含的“document.write ”可能添加標(biāo)簽，這說(shuō)明在解析過(guò)程中實(shí)際上修改了輸入

不能使用正則解析技術(shù)，瀏覽器為html定制了專(zhuān)屬的解析器。

Html5規(guī)范中描述了這個(gè)解析算法，算法包括兩個(gè)階段——符號(hào)化及構(gòu)建樹(shù)。

符號(hào)化是詞法分析的過(guò)程，將輸入解析為符號(hào)，html的符號(hào)包括開(kāi)始標(biāo)簽、結(jié)束標(biāo)簽、屬性名及屬性值。

符號(hào)識(shí)別器識(shí)別出符號(hào)后，將其傳遞給樹(shù)構(gòu)建器，并讀取下一個(gè)字符，以識(shí)別下一個(gè)符號(hào)，這樣直到處理完所有輸入。

圖9：HTML解析流程

符號(hào)識(shí)別算法 The tokenization algorithm

算法輸出html符號(hào)，該算法用狀態(tài)機(jī)表示。每次讀取輸入流中的一個(gè)或多個(gè)字符，并根據(jù)這些字符轉(zhuǎn)移到下一個(gè)狀態(tài)，當(dāng)前的符號(hào)狀態(tài)及構(gòu)建樹(shù)狀態(tài)共同影響結(jié)果，這意味著，讀取同樣的字符，可能因?yàn)楫?dāng)前狀態(tài)的不同，得到不同的結(jié)果以進(jìn)入下一個(gè)正確的狀態(tài)。

這個(gè)算法很復(fù)雜，這里用一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)解釋這個(gè)原理。

基本示例——符號(hào)化下面的html：

 

 

初始狀態(tài)為“Data State”，當(dāng)遇到“<”字符，狀態(tài)變?yōu)椤癟ag open state”，讀取一個(gè)a－z的字符將產(chǎn)生一個(gè)開(kāi)始標(biāo)簽符號(hào)，狀態(tài)相應(yīng)變?yōu)椤癟ag name state”，一直保持這個(gè)狀態(tài)直到讀取到“>”，每個(gè)字符都附加到這個(gè)符號(hào)名上，例子中創(chuàng)建的是一個(gè)html符號(hào)。

當(dāng)讀取到“>”，當(dāng)前的符號(hào)就完成了，此時(shí)，狀態(tài)回到“Data state”，“<body>”重復(fù)這一處理過(guò)程。到這里，html和body標(biāo)簽都識(shí)別出來(lái)了?，F(xiàn)在，回到“Data state”，讀取“Hello world”中的字符“H”將創(chuàng)建并識(shí)別出一個(gè)字符符號(hào)，這里會(huì)為“Hello world”中的每個(gè)字符生成一個(gè)字符符號(hào)。

這樣直到遇到“</body>”中的“<”?，F(xiàn)在，又回到了“Tag open state”，讀取下一個(gè)字符“/”將創(chuàng)建一個(gè)閉合標(biāo)簽符號(hào)，并且狀態(tài)轉(zhuǎn)移到“Tag name state”，還是保持這一狀態(tài)，直到遇到“>”。然后，產(chǎn)生一個(gè)新的標(biāo)簽符號(hào)并回到“Data state”。后面的“</html>”將和“</body>”一樣處理。

圖10：符號(hào)化示例輸入

樹(shù)的構(gòu)建算法 Tree construction algorithm

在樹(shù)的構(gòu)建階段，將修改以Document為根的DOM樹(shù)，將元素附加到樹(shù)上。每個(gè)由符號(hào)識(shí)別器識(shí)別生成的節(jié)點(diǎn)將會(huì)被樹(shù)構(gòu)造器進(jìn)行處理，規(guī)范中定義了每個(gè)符號(hào)相對(duì)應(yīng)的Dom元素，對(duì)應(yīng)的Dom元素將會(huì)被創(chuàng)建。這些元素除了會(huì)被添加到Dom樹(shù)上，還將被添加到開(kāi)放元素堆棧中。這個(gè)堆棧用來(lái)糾正嵌套的未匹配和未閉合標(biāo)簽，這個(gè)算法也是用狀態(tài)機(jī)來(lái)描述，所有的狀態(tài)采用插入模式。

來(lái)看一下示例中樹(shù)的創(chuàng)建過(guò)程：

 

 

構(gòu)建樹(shù)這一階段的輸入是符號(hào)識(shí)別階段生成的符號(hào)序列。

首先是“initial mode”，接收到html符號(hào)后將轉(zhuǎn)換為“before html”模式，在這個(gè)模式中對(duì)這個(gè)符號(hào)進(jìn)行再處理。此時(shí)，創(chuàng)建了一個(gè)HTMLHtmlElement元素，并將其附加到根Document對(duì)象上。

狀態(tài)此時(shí)變?yōu)椤癰efore head”，接收到body符號(hào)時(shí)，即使這里沒(méi)有head符號(hào)，也將自動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)HTMLHeadElement元素并附加到樹(shù)上。

現(xiàn)在，轉(zhuǎn)到“in head”模式，然后是“after head”。到這里，body符號(hào)會(huì)被再次處理，將創(chuàng)建一個(gè)HTMLBodyElement并插入到樹(shù)中，同時(shí)，轉(zhuǎn)移到“in body”模式。

然后，接收到字符串“Hello world”的字符符號(hào)，第一個(gè)字符將導(dǎo)致創(chuàng)建并插入一個(gè)text節(jié)點(diǎn)，其他字符將附加到該節(jié)點(diǎn)。

接收到body結(jié)束符號(hào)時(shí)，轉(zhuǎn)移到“after body”模式，接著接收到html結(jié)束符號(hào)，這個(gè)符號(hào)意味著轉(zhuǎn)移到了“after after body”模式，當(dāng)接收到文件結(jié)束符時(shí)，整個(gè)解析過(guò)程結(jié)束。

圖11：示例html樹(shù)的構(gòu)建過(guò)程

解析結(jié)束時(shí)的處理 Action when the parsing is finished

在這個(gè)階段，瀏覽器將文檔標(biāo)記為可交互的，并開(kāi)始解析處于延時(shí)模式中的腳本——這些腳本在文檔解析后執(zhí)行。

文檔狀態(tài)將被設(shè)置為完成，同時(shí)觸發(fā)一個(gè)load事件。

Html5規(guī)范中有符號(hào)化及構(gòu)建樹(shù)的完整算法(http://www.w3.org/TR/html5/syntax.html#html-parser)。

瀏覽器容錯(cuò) Browsers error tolerance

你從來(lái)不會(huì)在一個(gè)html頁(yè)面上看到“無(wú)效語(yǔ)法”這樣的錯(cuò)誤，瀏覽器修復(fù)了無(wú)效內(nèi)容并繼續(xù)工作。

以下面這段html為例：

 

 

這段html違反了很多規(guī)則（mytag不是合法的標(biāo)簽，p及div錯(cuò)誤的嵌套等等），但是瀏覽器仍然可以沒(méi)有任何怨言的繼續(xù)顯示，它在解析的過(guò)程中修復(fù)了html作者的錯(cuò)誤。

瀏覽器都具有錯(cuò)誤處理的能力，但是，另人驚訝的是，這并不是html最新規(guī)范的內(nèi)容，就像書(shū)簽及前進(jìn)后退按鈕一樣，它只是瀏覽器長(zhǎng)期發(fā)展的結(jié)果。一些比較知名的非法html結(jié)構(gòu)，在許多站點(diǎn)中出現(xiàn)過(guò)，瀏覽器都試著以一種和其他瀏覽器一致的方式去修復(fù)。

Html5規(guī)范定義了這方面的需求，webkit在html解析類(lèi)開(kāi)始部分的注釋中做了很好的總結(jié)。

解析器將符號(hào)化的輸入解析為文檔并創(chuàng)建文檔，但不幸的是，我們必須處理很多沒(méi)有很好格式化的html文檔，至少要小心下面幾種錯(cuò)誤情況。

1. 在未閉合的標(biāo)簽中添加明確禁止的元素。這種情況下，應(yīng)該先將前一標(biāo)簽閉合

2. 不能直接添加元素。有些人在寫(xiě)文檔的時(shí)候會(huì)忘了中間一些標(biāo)簽（或者中間標(biāo)簽是可選的），比如HTML HEAD BODY TR TD LI等

3. 想在一個(gè)行內(nèi)元素中添加塊狀元素。關(guān)閉所有的行內(nèi)元素，直到下一個(gè)更高的塊狀元素

4. 如果這些都不行，就閉合當(dāng)前標(biāo)簽直到可以添加該元素。

下面來(lái)看一些webkit容錯(cuò)的例子：

一些網(wǎng)站使用</br>替代<br>，為了兼容IE和Firefox，webkit將其看作<br>。

代碼：

 

 

Note－這里的錯(cuò)誤處理在內(nèi)部進(jìn)行，用戶(hù)看不到。

迷路的表格

這指一個(gè)表格嵌套在另一個(gè)表格中，但不在它的某個(gè)單元格內(nèi)。

比如下面這個(gè)例子：

 

 

webkit將會(huì)將嵌套的表格變?yōu)閮蓚€(gè)兄弟表格：

 

 

代碼：

 

 

webkit使用堆棧存放當(dāng)前的元素內(nèi)容，它將從外部表格的堆棧中彈出內(nèi)部的表格，則它們變?yōu)榱诵值鼙?#26684;。

嵌套的表單元素

用戶(hù)將一個(gè)表單嵌套到另一個(gè)表單中，則第二個(gè)表單將被忽略。

代碼：

 

 

太深的標(biāo)簽繼承

www.liceo.edu.mx是一個(gè)由嵌套層次的站點(diǎn)的例子，最多只允許20個(gè)相同類(lèi)型的標(biāo)簽嵌套，多出來(lái)的將被忽略。

代碼：

 

 

放錯(cuò)了地方的html、body閉合標(biāo)簽

又一次不言自明。

支持不完整的html。我們從來(lái)不閉合body，因?yàn)橐恍┯薮赖木W(wǎng)頁(yè)總是在還未真正結(jié)束時(shí)就閉合它。我們依賴(lài)調(diào)用end方法去執(zhí)行關(guān)閉的處理。

代碼：

 

 

所以，web開(kāi)發(fā)者要小心了，除非你想成為webkit容錯(cuò)代碼的范例，否則還是寫(xiě)格式良好的html吧。

CSS解析 CSS parsing

還記得簡(jiǎn)介中提到的解析的概念嗎，不同于html，css屬于上下文無(wú)關(guān)文法，可以用前面所描述的解析器來(lái)解析。Css規(guī)范定義了css的詞法及語(yǔ)法文法。

看一些例子：

每個(gè)符號(hào)都由正則表達(dá)式定義了詞法文法（詞匯表）：

 

 

“ident”是識(shí)別器的縮寫(xiě)，相當(dāng)于一個(gè)class名，“name”是一個(gè)元素id（用“＃”引用）。

語(yǔ)法用BNF進(jìn)行描述：

 

 

說(shuō)明：一個(gè)規(guī)則集合有這樣的結(jié)構(gòu)

 

 

div.error和a.error時(shí)選擇器，大括號(hào)中的內(nèi)容包含了這條規(guī)則集合中的規(guī)則，這個(gè)結(jié)構(gòu)在下面的定義中正式的定義了：

 

 

這說(shuō)明，一個(gè)規(guī)則集合具有一個(gè)或是可選個(gè)數(shù)的多個(gè)選擇器，這些選擇器以逗號(hào)和空格（S表示空格）進(jìn)行分隔。每個(gè)規(guī)則集合包含大括號(hào)及大括號(hào)中的一條或多條以分號(hào)隔開(kāi)的聲明。聲明和選擇器在后面進(jìn)行定義。

Webkit CSS 解析器 Webkit CSS parser

Webkit使用Flex和Bison解析生成器從CSS語(yǔ)法文件中自動(dòng)生成解析器?；貞浺幌陆馕銎鞯慕榻B，Bison創(chuàng)建一個(gè)自底向上的解析器，F(xiàn)irefox使用自頂向下解析器。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(yǔ)法的對(duì)象。

圖12：解析css

腳本解析 Parsing scripts

本章將介紹Javascript。

處理腳本及樣式表的順序 The order of processing scripts and style sheets

腳本

web的模式是同步的，開(kāi)發(fā)者希望解析到一個(gè)script標(biāo)簽時(shí)立即解析執(zhí)行腳本，并阻塞文檔的解析直到腳本執(zhí)行完。如果腳本是外引的，則網(wǎng)絡(luò)必須先請(qǐng)求到這個(gè)資源——這個(gè)過(guò)程也是同步的，會(huì)阻塞文檔的解析直到資源被請(qǐng)求到。這個(gè)模式保持了很多年，并且在html4及html5中都特別指定了。開(kāi)發(fā)者可以將腳本標(biāo)識(shí)為defer，以使其不阻塞文檔解析，并在文檔解析結(jié)束后執(zhí)行。Html5增加了標(biāo)記腳本為異步的選項(xiàng)，以使腳本的解析執(zhí)行使用另一個(gè)線(xiàn)程。

預(yù)解析 Speculative parsing

Webkit和Firefox都做了這個(gè)優(yōu)化，當(dāng)執(zhí)行腳本時(shí)，另一個(gè)線(xiàn)程解析剩下的文檔，并加載后面需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)加載的資源。這種方式可以使資源并行加載從而使整體速度更快。需要注意的是，預(yù)解析并不改變Dom樹(shù)，它將這個(gè)工作留給主解析過(guò)程，自己只解析外部資源的引用，比如外部腳本、樣式表及圖片。

樣式表 Style sheets

樣式表采用另一種不同的模式。理論上，既然樣式表不改變Dom樹(shù)，也就沒(méi)有必要停下文檔的解析等待它們，然而，存在一個(gè)問(wèn)題，腳本可能在文檔的解析過(guò)程中請(qǐng)求樣式信息，如果樣式還沒(méi)有加載和解析，腳本將得到錯(cuò)誤的值，顯然這將會(huì)導(dǎo)致很多問(wèn)題，這看起來(lái)是個(gè)邊緣情況，但確實(shí)很常見(jiàn)。Firefox在存在樣式表還在加載和解析時(shí)阻塞所有的腳本，而chrome只在當(dāng)腳本試圖訪(fǎng)問(wèn)某些可能被未加載的樣式表所影響的特定的樣式屬性時(shí)才阻塞這些腳本。

渲染樹(shù)的構(gòu)造 Render tree construction

當(dāng)Dom樹(shù)構(gòu)建完成時(shí)，瀏覽器開(kāi)始構(gòu)建另一棵樹(shù)——渲染樹(shù)。渲染樹(shù)由元素顯示序列中的可見(jiàn)元素組成，它是文檔的可視化表示，構(gòu)建這棵樹(shù)是為了以正確的順序繪制文檔內(nèi)容。

Firefox將渲染樹(shù)中的元素稱(chēng)為frames，webkit則用renderer或渲染對(duì)象來(lái)描述這些元素。

一個(gè)渲染對(duì)象直到怎么布局及繪制自己及它的children。

RenderObject是Webkit的渲染對(duì)象基類(lèi)，它的定義如下：

 

 

每個(gè)渲染對(duì)象用一個(gè)和該節(jié)點(diǎn)的css盒模型相對(duì)應(yīng)的矩形區(qū)域來(lái)表示，正如css2所描述的那樣，它包含諸如寬、高和位置之類(lèi)的幾何信息。盒模型的類(lèi)型受該節(jié)點(diǎn)相關(guān)的display樣式屬性的影響（參考樣式計(jì)算章節(jié)）。下面的webkit代碼說(shuō)明了如何根據(jù)display屬性決定某個(gè)節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建何種類(lèi)型的渲染對(duì)象。

 

 

元素的類(lèi)型也需要考慮，例如，表單控件和表格帶有特殊的框架。

在webkit中，如果一個(gè)元素想創(chuàng)建一個(gè)特殊的渲染對(duì)象，它需要復(fù)寫(xiě)“createRenderer”方法，使渲染對(duì)象指向不包含幾何信息的樣式對(duì)象。

渲染樹(shù)和Dom樹(shù)的關(guān)系 The render tree relation to the DOM tree

渲染對(duì)象和Dom元素相對(duì)應(yīng)，但這種對(duì)應(yīng)關(guān)系不是一對(duì)一的，不可見(jiàn)的Dom元素不會(huì)被插入渲染樹(shù)，例如head元素。另外，display屬性為none的元素也不會(huì)在渲染樹(shù)中出現(xiàn)（visibility屬性為hidden的元素將出現(xiàn)在渲染樹(shù)中）。

還有一些Dom元素對(duì)應(yīng)幾個(gè)可見(jiàn)對(duì)象，它們一般是一些具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的元素，無(wú)法用一個(gè)矩形來(lái)描述。例如，select元素有三個(gè)渲染對(duì)象——一個(gè)顯示區(qū)域、一個(gè)下拉列表及一個(gè)按鈕。同樣，當(dāng)文本因?yàn)閷挾炔粔蚨坌袝r(shí)，新行將作為額外的渲染元素被添加。另一個(gè)多個(gè)渲染對(duì)象的例子是不規(guī)范的html，根據(jù)css規(guī)范，一個(gè)行內(nèi)元素只能僅包含行內(nèi)元素或僅包含塊狀元素，在存在混合內(nèi)容時(shí)，將會(huì)創(chuàng)建匿名的塊狀渲染對(duì)象包裹住行內(nèi)元素。

一些渲染對(duì)象和所對(duì)應(yīng)的Dom節(jié)點(diǎn)不在樹(shù)上相同的位置，例如，浮動(dòng)和絕對(duì)定位的元素在文本流之外，在兩棵樹(shù)上的位置不同，渲染樹(shù)上標(biāo)識(shí)出真實(shí)的結(jié)構(gòu)，并用一個(gè)占位結(jié)構(gòu)標(biāo)識(shí)出它們?cè)瓉?lái)的位置。

 

圖12：渲染樹(shù)及對(duì)應(yīng)的Dom樹(shù)

創(chuàng)建樹(shù)的流程 The flow of constructing the tree

Firefox中，表述為一個(gè)監(jiān)聽(tīng)Dom更新的監(jiān)聽(tīng)器，將frame的創(chuàng)建委派給Frame Constructor，這個(gè)構(gòu)建器計(jì)算樣式（參看樣式計(jì)算）并創(chuàng)建一個(gè)frame。

Webkit中，計(jì)算樣式并生成渲染對(duì)象的過(guò)程稱(chēng)為attachment，每個(gè)Dom節(jié)點(diǎn)有一個(gè)attach方法，attachment的過(guò)程是同步的，調(diào)用新節(jié)點(diǎn)的attach方法將節(jié)點(diǎn)插入到Dom樹(shù)中。

處理html和body標(biāo)簽將構(gòu)建渲染樹(shù)的根，這個(gè)根渲染對(duì)象對(duì)應(yīng)被css規(guī)范稱(chēng)為containing block的元素——包含了其他所有塊元素的頂級(jí)塊元素。它的大小就是viewport——瀏覽器窗口的顯示區(qū)域，F(xiàn)irefox稱(chēng)它為viewPortFrame，webkit稱(chēng)為RenderView，這個(gè)就是文檔所指向的渲染對(duì)象，樹(shù)中其他的部分都將作為一個(gè)插入的Dom節(jié)點(diǎn)被創(chuàng)建。

樣式計(jì)算 Style Computation

創(chuàng)建渲染樹(shù)需要計(jì)算出每個(gè)渲染對(duì)象的可視屬性，這可以通過(guò)計(jì)算每個(gè)元素的樣式屬性得到。

樣式包括各種來(lái)源的樣式表，行內(nèi)樣式元素及html中的可視化屬性（例如bgcolor），可視化屬性轉(zhuǎn)化為css樣式屬性。

樣式表來(lái)源于瀏覽器默認(rèn)樣式表，及頁(yè)面作者和用戶(hù)提供的樣式表——有些樣式是瀏覽器用戶(hù)提供的（瀏覽器允許用戶(hù)定義喜歡的樣式，例如，在Firefox中，可以通過(guò)在Firefox Profile目錄下放置樣式表實(shí)現(xiàn)）。

計(jì)算樣式的一些困難：

1. 樣式數(shù)據(jù)是非常大的結(jié)構(gòu)，保存大量的樣式屬性會(huì)帶來(lái)內(nèi)存問(wèn)題

2. 如果不進(jìn)行優(yōu)化，找到每個(gè)元素匹配的規(guī)則會(huì)導(dǎo)致性能問(wèn)題，為每個(gè)元素查找匹配的規(guī)則都需要遍歷整個(gè)規(guī)則表，這個(gè)過(guò)程有很大的工作量。選擇符可能有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，匹配過(guò)程如果沿著一條開(kāi)始看似正確，后來(lái)卻被證明是無(wú)用的路徑，則必須去嘗試另一條路徑。

例如，下面這個(gè)復(fù)雜選擇符

這意味著規(guī)則應(yīng)用到三個(gè)div的后代div元素，選擇樹(shù)上一條特定的路徑去檢查，這可能需要遍歷節(jié)點(diǎn)樹(shù)，最后卻發(fā)現(xiàn)它只是兩個(gè)div的后代，并不使用該規(guī)則，然后則需要沿著另一條路徑去嘗試

3. 應(yīng)用規(guī)則涉及非常復(fù)雜的級(jí)聯(lián)，它們定義了規(guī)則的層次

我們來(lái)看一下瀏覽器如何處理這些問(wèn)題：

共享樣式數(shù)據(jù)

webkit節(jié)點(diǎn)引用樣式對(duì)象（渲染樣式），某些情況下，這些對(duì)象可以被節(jié)點(diǎn)間共享，這些節(jié)點(diǎn)需要是兄弟或是表兄弟節(jié)點(diǎn)，并且：

▲這些元素必須處于相同的鼠標(biāo)狀態(tài)（比如不能一個(gè)處于hover，而另一個(gè)不是）

▲不能有元素具有id

▲標(biāo)簽名必須匹配

▲class屬性必須匹配

▲對(duì)應(yīng)的屬性必須相同

▲鏈接狀態(tài)必須匹配

▲焦點(diǎn)狀態(tài)必須匹配

▲不能有元素被屬性選擇器影響

▲元素不能有行內(nèi)樣式屬性

▲不能有生效的兄弟選擇器，webcore在任何兄弟選擇器相遇時(shí)只是簡(jiǎn)單的拋出一個(gè)全局轉(zhuǎn)換，并且在它們顯示時(shí)使整個(gè)文檔的樣式共享失效，這些包括＋選擇器和類(lèi)似:first-child和:last-child這樣的選擇器。

Firefox規(guī)則樹(shù) Firefox rule tree

Firefox用兩個(gè)樹(shù)用來(lái)簡(jiǎn)化樣式計(jì)算－規(guī)則樹(shù)和樣式上下文樹(shù)，webkit也有樣式對(duì)象，但它們并沒(méi)有存儲(chǔ)在類(lèi)似樣式上下文樹(shù)這樣的樹(shù)中，只是由Dom節(jié)點(diǎn)指向其相關(guān)的樣式。

圖14：Firefox樣式上下文樹(shù)

樣式上下文包含最終值，這些值是通過(guò)以正確順序應(yīng)用所有匹配的規(guī)則，并將它們由邏輯值轉(zhuǎn)換為具體的值，例如，如果邏輯值為屏幕的百分比，則通過(guò)計(jì)算將其轉(zhuǎn)化為絕對(duì)單位。樣式樹(shù)的使用確實(shí)很巧妙，它使得在節(jié)點(diǎn)中共享的這些值不需要被多次計(jì)算，同時(shí)也節(jié)省了存儲(chǔ)空間。

所有匹配的規(guī)則都存儲(chǔ)在規(guī)則樹(shù)中，一條路徑中的底層節(jié)點(diǎn)擁有最高的優(yōu)先級(jí)，這棵樹(shù)包含了所找到的 所有規(guī)則匹配的路徑（譯注：可以取巧理解為每條路徑對(duì)應(yīng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)，路徑上包含了該節(jié)點(diǎn)所匹配的所有規(guī)則）。規(guī)則樹(shù)并不是一開(kāi)始就為所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，而是 在某個(gè)節(jié)點(diǎn)需要計(jì)算樣式時(shí)，才進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算并將計(jì)算后的路徑添加到樹(shù)中。

我們將樹(shù)上的路徑看成辭典中的單詞，假如已經(jīng)計(jì)算出了如下的規(guī)則樹(shù)：

假如需要為內(nèi)容樹(shù)中的另一個(gè)節(jié)點(diǎn)匹配規(guī)則，現(xiàn)在知道匹配的規(guī)則（以正確的順序）為B-E-I，因?yàn)槲覀円呀?jīng)計(jì)算出了路徑A-B-E-I-L，所以樹(shù)上已經(jīng)存在了這條路徑，剩下的工作就很少了。

現(xiàn)在來(lái)看一下樹(shù)如何保存。

結(jié)構(gòu)化

樣式上下文按結(jié)構(gòu)劃分，這些結(jié)構(gòu)包括類(lèi)似border或color這樣的特定分類(lèi)的樣式信息。一個(gè)結(jié)構(gòu)中的所有特性不是繼承的就是非繼承的，對(duì)繼承的特性，除非元素自身有定義，否則就從它的parent繼承。非繼承的特性（稱(chēng)為reset特性）如果沒(méi)有定義，則使用默認(rèn)的值。

樣式上下文樹(shù)緩存完整的結(jié)構(gòu)（包括計(jì)算后的值），這樣，如果底層節(jié)點(diǎn)沒(méi)有為一個(gè)結(jié)構(gòu)提供定義，則使用上層節(jié)點(diǎn)緩存的結(jié)構(gòu)。

使用規(guī)則樹(shù)計(jì)算樣式上下文

當(dāng)為一個(gè)特定的元素計(jì)算樣式時(shí)，首先計(jì)算出規(guī)則樹(shù)中的一條路徑，或是使用已經(jīng)存在的一條，然后使 用路徑中的規(guī)則去填充新的樣式上下文，從樣式的底層節(jié)點(diǎn)開(kāi)始，它具有最高優(yōu)先級(jí)（通常是最特定的選擇器），遍歷規(guī)則樹(shù)，直到填滿(mǎn)結(jié)構(gòu)。如果在那個(gè)規(guī)則節(jié)點(diǎn) 沒(méi)有定義所需的結(jié)構(gòu)規(guī)則，則沿著路徑向上，直到找到該結(jié)構(gòu)規(guī)則。

如果最終沒(méi)有找到該結(jié)構(gòu)的任何規(guī)則定義，那么如果這個(gè)結(jié)構(gòu)是繼承型的，則找到其在內(nèi)容樹(shù)中的parent的結(jié)構(gòu)，這種情況下，我們也成功的共享了結(jié)構(gòu)；如果這個(gè)結(jié)構(gòu)是reset型的，則使用默認(rèn)的值。

如果特定的節(jié)點(diǎn)添加了值，那么需要做一些額外的計(jì)算以將其轉(zhuǎn)換為實(shí)際值，然后在樹(shù)上的節(jié)點(diǎn)緩存該值，使它的children可以使用。

當(dāng)一個(gè)元素和它的一個(gè)兄弟元素指向同一個(gè)樹(shù)節(jié)點(diǎn)時(shí)，完整的樣式上下文可以被它們共享。

來(lái)看一個(gè)例子：假設(shè)有下面這段html

 

 

以及下面這些規(guī)則

 

 

簡(jiǎn)化下問(wèn)題，我們只填充兩個(gè)結(jié)構(gòu)——color和margin，color結(jié)構(gòu)只包含一個(gè)成員－顏色，margin結(jié)構(gòu)包含四邊。

生成的規(guī)則樹(shù)如下（節(jié)點(diǎn)名：指向的規(guī)則）

上下文樹(shù)如下（節(jié)點(diǎn)名：指向的規(guī)則節(jié)點(diǎn)）

假設(shè)我們解析html，遇到第二個(gè)div標(biāo)簽，我們需要為這個(gè)節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建樣式上下文，并填充它的樣式結(jié)構(gòu)。

我們進(jìn)行規(guī)則匹配，找到這個(gè)div匹配的規(guī)則為1、2、6，我們發(fā)現(xiàn)規(guī)則樹(shù)上已經(jīng)存在了一條我們可以使用的路徑1、2，我們只需為規(guī)則6新增一個(gè)節(jié)點(diǎn)添加到下面（就是規(guī)則樹(shù)中的F）。

然后創(chuàng)建一個(gè)樣式上下文并將其放到上下文樹(shù)中，新的樣式上下文將指向規(guī)則樹(shù)中的節(jié)點(diǎn)F。

現(xiàn)在我們需要填充這個(gè)樣式上下文，先從填充margin結(jié)構(gòu)開(kāi)始，既然最后一個(gè)規(guī)則節(jié)點(diǎn)沒(méi)有添加margin結(jié)構(gòu)，沿著路徑向上，直到找到緩存的前面插入節(jié)點(diǎn)計(jì)算出的結(jié)構(gòu)，我們發(fā)現(xiàn)B是最近的指定margin值的節(jié)點(diǎn)。因?yàn)橐呀?jīng)有了color結(jié)構(gòu)的定義，所以不能使用緩存的結(jié)構(gòu)，既然color只有一個(gè)屬性，也就不需要沿著路徑向上填充其他屬性。計(jì)算出最終值（將字符串轉(zhuǎn)換為RGB等），并緩存計(jì)算后的結(jié)構(gòu)。

第二個(gè)span元素更簡(jiǎn)單，進(jìn)行規(guī)則匹配后發(fā)現(xiàn)它指向規(guī)則G，和前一個(gè)span一樣，既然有兄弟節(jié)點(diǎn)指向同一個(gè)節(jié)點(diǎn)，就可以共享完整的樣式上下文，只需指向前一個(gè)span的上下文。

因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)中包含繼承自parent的規(guī)則，上下文樹(shù)做了緩存（color特性是繼承來(lái)的，但Firefox將其視為reset并在規(guī)則樹(shù)中緩存）。

例如，如果我們?yōu)橐粋€(gè)paragraph的文字添加規(guī)則：

p {font-family:Verdana;font size:10px;font-weight:bold}

那么這個(gè)p在內(nèi)容樹(shù)中的子節(jié)點(diǎn)div，會(huì)共享和它parent一樣的font結(jié)構(gòu)，這種情況發(fā)生在沒(méi)有為這個(gè)div指定font規(guī)則時(shí)。

Webkit中，并沒(méi)有規(guī)則樹(shù)，匹配的聲明會(huì)被遍歷四次，先是應(yīng)用非important的高優(yōu)先級(jí)屬性（之所以先應(yīng)用這些屬性，是因?yàn)槠渌囊蕾?lài)于它們－比如display），其次是高優(yōu)先級(jí)important的，接著是一般優(yōu)先級(jí)非important的，最后是一般優(yōu)先級(jí)important的規(guī)則。這樣，出現(xiàn)多次的屬性將被按照正確的級(jí)聯(lián)順序進(jìn)行處理，最后一個(gè)生效。

總結(jié)一下，共享樣式對(duì)象（結(jié)構(gòu)中完整或部分內(nèi)容）解決了問(wèn)題1和3，F(xiàn)irefox的規(guī)則樹(shù)幫助以正確的順序應(yīng)用規(guī)則。

對(duì)規(guī)則進(jìn)行處理以簡(jiǎn)化匹配過(guò)程

樣式規(guī)則有幾個(gè)來(lái)源：

· 外部樣式表或style標(biāo)簽內(nèi)的css規(guī)則

· 行內(nèi)樣式屬性

· html可視化屬性（映射為相應(yīng)的樣式規(guī)則）

后面兩個(gè)很容易匹配到元素，因?yàn)樗鼈兯鶕碛械臉邮綄傩院蚳tml屬性可以將元素作為key進(jìn)行映射。

就像前面問(wèn)題2所提到的，css的規(guī)則匹配可能很狡猾，為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以先對(duì)規(guī)則進(jìn)行處理，以使其更容易被訪(fǎng)問(wèn)。

解析完樣式表之后，規(guī)則會(huì)根據(jù)選擇符添加一些hash映射，映射可以是根據(jù)id、class、標(biāo)簽名或是任何不屬于這些分類(lèi)的綜合映射。如果選擇符為id，規(guī)則將被添加到id映射，如果是class，則被添加到class映射，等等。

這個(gè)處理是匹配規(guī)則更容易，不需要查看每個(gè)聲明，我們能從映射中找到一個(gè)元素的相關(guān)規(guī)則，這個(gè)優(yōu)化使在進(jìn)行規(guī)則匹配時(shí)減少了95＋％的工作量。

來(lái)看下面的樣式規(guī)則：

p.error {color:red}

#messageDiv {height:50px}

div {margin:5px}

第一條規(guī)則將被插入class映射，第二條插入id映射，第三條是標(biāo)簽映射。

下面這個(gè)html片段：

<p class=”error”>an error occurred </p>

<div id=” messageDiv”>this is a message</div>

我們首先找到p元素對(duì)應(yīng)的規(guī)則，class映射將包含一個(gè)“error”的key，找到p.error的規(guī)則，div在id映射和標(biāo)簽映射中都有相關(guān)的規(guī)則，剩下的工作就是找出這些由key對(duì)應(yīng)的規(guī)則中哪些確實(shí)是正確匹配的。

例如，如果div的規(guī)則是

table div {margin:5px}

這也是標(biāo)簽映射產(chǎn)生的，因?yàn)閗ey是最右邊的選擇符，但它并不匹配這里的div元素，因?yàn)檫@里的div沒(méi)有table祖先。

Webkit和Firefox都會(huì)做這個(gè)處理。

以正確的級(jí)聯(lián)順序應(yīng)用規(guī)則

樣式對(duì)象擁有對(duì)應(yīng)所有可見(jiàn)屬性的屬性，如果特性沒(méi)有被任何匹配的規(guī)則所定義，那么一些特性可以從parent的樣式對(duì)象中繼承，另外一些使用默認(rèn)值。

這個(gè)問(wèn)題的產(chǎn)生是因?yàn)榇嬖诓恢挂惶幍亩x，這里用級(jí)聯(lián)順序解決這個(gè)問(wèn)題。

樣式表的級(jí)聯(lián)順序

一個(gè)樣式屬性的聲明可能在幾個(gè)樣式表中出現(xiàn)，或是在一個(gè)樣式表中出現(xiàn)多次，因此，應(yīng)用規(guī)則的順序至關(guān)重要，這個(gè)順序就是級(jí)聯(lián)順序。根據(jù)css2的規(guī)范，級(jí)聯(lián)順序?yàn)椋◤牡偷礁撸?/p>

1. 瀏覽器聲明

2. 用戶(hù)聲明

3. 作者的一般聲明

4. 作者的important聲明

5. 用戶(hù)important聲明

瀏覽器聲明是最不重要的，用戶(hù)只有在聲明被標(biāo)記為important時(shí)才會(huì)覆蓋作者的聲明。具有同等級(jí)別的聲明將根據(jù)specifity以及它們被定義時(shí)的順序進(jìn)行排序。Html可視化屬性將被轉(zhuǎn)換為匹配的css聲明，它們被視為最低優(yōu)先級(jí)的作者規(guī)則。

Specifity

Css2規(guī)范中定義的選擇符specifity如下：

· 如果聲明來(lái)自style屬性，而不是一個(gè)選擇器的規(guī)則，則計(jì)1，否則計(jì)0（＝a）

· 計(jì)算選擇器中id屬性的數(shù)量（＝b）

· 計(jì)算選擇器中class及偽類(lèi)的數(shù)量（＝c）

· 計(jì)算選擇器中元素名及偽元素的數(shù)量（＝d）

連接a－b－c－d四個(gè)數(shù)量（用一個(gè)大基數(shù)的計(jì)算系統(tǒng)）將得到specifity。這里使用的基數(shù)由分類(lèi)中最高的基數(shù)定義。例如，如果a為14，可以使用16進(jìn)制。不同情況下，a為17時(shí)，則需要使用阿拉伯?dāng)?shù)字17作為基數(shù)，這種情況可能在這個(gè)選擇符時(shí)發(fā)生html body div div …（選擇符中有17個(gè)標(biāo)簽，一般不太可能）。

一些例子：

 

 

規(guī)則排序

規(guī)則匹配后，需要根據(jù)級(jí)聯(lián)順序?qū)σ?guī)則進(jìn)行排序，webkit先將小列表用冒泡排序，再將它們合并為一個(gè)大列表，webkit通過(guò)為規(guī)則復(fù)寫(xiě)“>”操作來(lái)執(zhí)行排序：

 

 

逐步處理 Gradual process

webkit使用一個(gè)標(biāo)志位標(biāo)識(shí)所有頂層樣式表都已加載，如果在attch時(shí)樣式?jīng)]有完全加載，則放置占位符，并在文檔中標(biāo)記，一旦樣式表完成加載就重新進(jìn)行計(jì)算。

布局 Layout

當(dāng)渲染對(duì)象被創(chuàng)建并添加到樹(shù)中，它們并沒(méi)有位置和大小，計(jì)算這些值的過(guò)程稱(chēng)為layout或reflow。

Html使用基于流的布局模型，意味著大部分時(shí)間，可以以單一的途徑進(jìn)行幾何計(jì)算。流中靠后的元素并不會(huì)影響前面元素的幾何特性，所以布局可以在文檔中從右向左、自上而下的進(jìn)行。也存在一些例外，比如html tables。

坐標(biāo)系統(tǒng)相對(duì)于根frame，使用top和left坐標(biāo)。

布局是一個(gè)遞歸的過(guò)程，由根渲染對(duì)象開(kāi)始，它對(duì)應(yīng)html文檔元素，布局繼續(xù)遞歸的通過(guò)一些或所有的frame層級(jí)，為每個(gè)需要幾何信息的渲染對(duì)象進(jìn)行計(jì)算。

根渲染對(duì)象的位置是0,0，它的大小是viewport－瀏覽器窗口的可見(jiàn)部分。

所有的渲染對(duì)象都有一個(gè)layout或reflow方法，每個(gè)渲染對(duì)象調(diào)用需要布局的children的layout方法。

Dirty bit 系統(tǒng)

為了不因?yàn)槊總€(gè)小變化都全部重新布局，瀏覽器使用一個(gè)dirty bit系統(tǒng)，一個(gè)渲染對(duì)象發(fā)生了變化或是被添加了，就標(biāo)記它及它的children為dirty－需要layout。存在兩個(gè)標(biāo)識(shí)－dirty及children are dirty，children are dirty說(shuō)明即使這個(gè)渲染對(duì)象可能沒(méi)問(wèn)題，但它至少有一個(gè)child需要layout。

全局和增量 layout

當(dāng)layout在整棵渲染樹(shù)觸發(fā)時(shí)，稱(chēng)為全局layout，這可能在下面這些情況下發(fā)生：

1. 一個(gè)全局的樣式改變影響所有的渲染對(duì)象，比如字號(hào)的改變

2. 窗口resize

layout也可以是增量的，這樣只有標(biāo)志為dirty的渲染對(duì)象會(huì)重新布局（也將導(dǎo)致一些額外的布局）。增量 layout會(huì)在渲染對(duì)象dirty時(shí)異步觸發(fā)，例如，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)接收到新的內(nèi)容并添加到Dom樹(shù)后，新的渲染對(duì)象會(huì)添加到渲染樹(shù)中。

圖20：增量 layout

異步和同步layout

增量layout的過(guò)程是異步的，F(xiàn)irefox為增量layout生成了reflow隊(duì)列，以及一個(gè)調(diào)度執(zhí)行這些批處理命令。Webkit也有一個(gè)計(jì)時(shí)器用來(lái)執(zhí)行增量layout－遍歷樹(shù)，為dirty狀態(tài)的渲染對(duì)象重新布局。

另外，當(dāng)腳本請(qǐng)求樣式信息時(shí)，例如“offsetHeight”，會(huì)同步的觸發(fā)增量布局。

全局的layout一般都是同步觸發(fā)。

有些時(shí)候，layout會(huì)被作為一個(gè)初始layout之后的回調(diào)，比如滑動(dòng)條的滑動(dòng)。

優(yōu)化

當(dāng)一個(gè)layout因?yàn)閞esize或是渲染位置改變（并不是大小改變）而觸發(fā)時(shí)，渲染對(duì)象的大小將會(huì)從緩存中讀取，而不會(huì)重新計(jì)算。

一般情況下，如果只有子樹(shù)發(fā)生改變，則layout并不從根開(kāi)始。這種情況發(fā)生在，變化發(fā)生在元素自身并且不影響它周?chē)兀?，將文本插入文本域（否則，每次擊鍵都將觸發(fā)從根開(kāi)始的重排）。

layout過(guò)程

layout一般有下面這幾個(gè)部分：

1. parent渲染對(duì)象決定它的寬度

2. parent渲染對(duì)象讀取chilidren，并：

1. 放置child渲染對(duì)象（設(shè)置它的x和y）

2. 在需要時(shí)（它們當(dāng)前為dirty或是處于全局layout或者其他原因）調(diào)用child渲染對(duì)象的layout，這將計(jì)算child的高度

3. parent渲染對(duì)象使用child渲染對(duì)象的累積高度，以及margin和padding的高度來(lái)設(shè)置自己的高度－這將被parent渲染對(duì)象的parent使用

4. 將dirty標(biāo)識(shí)設(shè)置為false

Firefox使用一個(gè)“state”對(duì)象（nsHTMLReflowState）做為參數(shù)去布局（firefox稱(chēng)為reflow），state包含parent的寬度及其他內(nèi)容。

Firefox布局的輸出是一個(gè)“metrics”對(duì)象（nsHTMLReflowMetrics）。它包括渲染對(duì)象計(jì)算出的高度。

寬度計(jì)算

渲染對(duì)象的寬度使用容器的寬度、渲染對(duì)象樣式中的寬度及margin、border進(jìn)行計(jì)算。例如，下面這個(gè)div的寬度：

webkit中寬度的計(jì)算過(guò)程是（RenderBox類(lèi)的calcWidth方法）：

· 容器的寬度是容器的可用寬度和0中的最大值，這里的可用寬度為：contentWidth=clientWidth()-paddingLeft()-paddingRight()，clientWidth和clientHeight代表一個(gè)對(duì)象內(nèi)部的不包括border和滑動(dòng)條的大小

· 元素的寬度指樣式屬性width的值，它可以通過(guò)計(jì)算容器的百分比得到一個(gè)絕對(duì)值

· 加上水平方向上的border和padding

到這里是最佳寬度的計(jì)算過(guò)程，現(xiàn)在計(jì)算寬度的最大值和最小值，如果最佳寬度大于最大寬度則使用最大寬度，如果小于最小寬度則使用最小寬度。最后緩存這個(gè)值，當(dāng)需要layout但寬度未改變時(shí)使用。

Line breaking

當(dāng)一個(gè)渲染對(duì)象在布局過(guò)程中需要折行時(shí)，則暫停并告訴它的parent它需要折行，parent將創(chuàng)建額外的渲染對(duì)象并調(diào)用它們的layout。

繪制 Painting

繪制階段，遍歷渲染樹(shù)并調(diào)用渲染對(duì)象的paint方法將它們的內(nèi)容顯示在屏幕上，繪制使用UI基礎(chǔ)組件，這在UI的章節(jié)有更多的介紹。

全局和增量

和布局一樣，繪制也可以是全局的－繪制完整的樹(shù)－或增量的。在增量的繪制過(guò)程中，一些渲染對(duì)象以不影響整棵樹(shù)的方式改變，改變的渲染對(duì)象使其在屏幕上的矩形區(qū)域失效，這將導(dǎo)致操作系統(tǒng)將其看作dirty區(qū)域，并產(chǎn)生一個(gè)paint事件，操作系統(tǒng)很巧妙的處理這個(gè)過(guò)程，并將多個(gè)區(qū)域合并為一個(gè)。Chrome中，這個(gè)過(guò)程更復(fù)雜些，因?yàn)殇秩緦?duì)象在不同的進(jìn)程中，而不是在主進(jìn)程中。Chrome在一定程度上模擬操作系統(tǒng)的行為，表現(xiàn)為監(jiān)聽(tīng)事件并派發(fā)消息給渲染根，在樹(shù)中查找到相關(guān)的渲染對(duì)象，重繪這個(gè)對(duì)象（往往還包括它的children）。

繪制順序

css2定義了繪制過(guò)程的順序－h(huán)ttp://www.w3.org/TR/CSS21/zindex.html。這個(gè)就是元素壓入堆棧的順序，這個(gè)順序影響著繪制，堆棧從后向前進(jìn)行繪制。

一個(gè)塊渲染對(duì)象的堆棧順序是：

1. 背景色

2. 背景圖

3. border

4. children

5. outline

Firefox顯示列表

Firefox讀取渲染樹(shù)并為繪制的矩形創(chuàng)建一個(gè)顯示列表，該列表以正確的繪制順序包含這個(gè)矩形相關(guān)的渲染對(duì)象。

用這樣的方法，可以使重繪時(shí)只需查找一次樹(shù)，而不需要多次查找——繪制所有的背景、所有的圖片、所有的border等等。

Firefox優(yōu)化了這個(gè)過(guò)程，它不添加會(huì)被隱藏的元素，比如元素完全在其他不透明元素下面。

Webkit矩形存儲(chǔ)

重繪前，webkit將舊的矩形保存為位圖，然后只繪制新舊矩形的差集。

動(dòng)態(tài)變化

瀏覽器總是試著以最小的動(dòng)作響應(yīng)一個(gè)變化，所以一個(gè)元素顏色的變化將只導(dǎo)致該元素的重繪，元素位置的變化將大致元素的布局和重繪，添加一個(gè)Dom節(jié)點(diǎn)，也會(huì)大致這個(gè)元素的布局和重繪。一些主要的變化，比如增加html元素的字號(hào)，將會(huì)導(dǎo)致緩存失效，從而引起整數(shù)的布局和重繪。

渲染引擎的線(xiàn)程

渲染引擎是單線(xiàn)程的，除了網(wǎng)絡(luò)操作以外，幾乎所有的事情都在單一的線(xiàn)程中處理，在Firefox和Safari中，這是瀏覽器的主線(xiàn)程，Chrome中這是tab的主線(xiàn)程。

網(wǎng)絡(luò)操作由幾個(gè)并行線(xiàn)程執(zhí)行，并行連接的個(gè)數(shù)是受限的（通常是2－6個(gè)）。

事件循環(huán)

瀏覽器主線(xiàn)程是一個(gè)事件循環(huán)，它被設(shè)計(jì)為無(wú)限循環(huán)以保持執(zhí)行過(guò)程的可用，等待事件（例如layout和paint事件）并執(zhí)行它們。下面是Firefox的主要事件循環(huán)代碼。

 

 

CSS2 可視模型 CSS2 visual module

畫(huà)布 The Canvas

根據(jù)CSS2規(guī)范，術(shù)語(yǔ)canvas用來(lái)描述格式化的結(jié)構(gòu)所渲染的空間——瀏覽器繪制內(nèi)容的地方。畫(huà)布對(duì)每個(gè)維度空間都是無(wú)限大的，但瀏覽器基于viewport的大小選擇了一個(gè)初始寬度。

根據(jù)http://www.w3.org/TR/CSS2/zindex.html的定義，畫(huà)布如果是包含在其他畫(huà)布內(nèi)則是透明的，否則瀏覽器會(huì)指定一個(gè)顏色。

CSS盒模型

CSS盒模型描述了矩形盒，這些矩形盒是為文檔樹(shù)中的元素生成的，并根據(jù)可視的格式化模型進(jìn)行布局。每個(gè)box包括內(nèi)容區(qū)域（如圖片、文本等）及可選的四周padding、border和margin區(qū)域。

每個(gè)節(jié)點(diǎn)生成0－n個(gè)這樣的box。

所有的元素都有一個(gè)display屬性，用來(lái)決定它們生成box的類(lèi)型，例如：

block－生成塊狀box

inline－生成一個(gè)或多個(gè)行內(nèi)box

none－不生成box

默認(rèn)的是inline，但瀏覽器樣式表設(shè)置了其他默認(rèn)值，例如，div元素默認(rèn)為block?？梢栽L(fǎng)問(wèn)http://www.w3.org/TR/CSS2/sample.html查看更多的默認(rèn)樣式表示例。

定位策略 Position scheme

這里有三種策略：

1. normal－對(duì)象根據(jù)它在文檔的中位置定位，這意味著它在渲染樹(shù)和在Dom樹(shù)中位置一致，并根據(jù)它的盒模型和大小進(jìn)行布局

2. float－對(duì)象先像普通流一樣布局，然后盡可能的向左或是向右移動(dòng)

3. absolute－對(duì)象在渲染樹(shù)中的位置和Dom樹(shù)中位置無(wú)關(guān)

static和relative是normal，absolute和fixed屬于absolute。

在static定位中，不定義位置而使用默認(rèn)的位置。其他策略中，作者指定位置——top、bottom、left、right。

Box布局的方式由這幾項(xiàng)決定：box的類(lèi)型、box的大小、定位策略及擴(kuò)展信息（比如圖片大小和屏幕尺寸）。

Box類(lèi)型

Block box：構(gòu)成一個(gè)塊，即在瀏覽器窗口上有自己的矩形

Inline box：并沒(méi)有自己的塊狀區(qū)域，但包含在一個(gè)塊狀區(qū)域內(nèi)

block一個(gè)挨著一個(gè)垂直格式化，inline則在水平方向上格式化。

Inline盒模型放置在行內(nèi)或是line box中，每行至少和最高的box一樣高，當(dāng)box以baseline對(duì)齊時(shí)——即一個(gè)元素的底部和另一個(gè)box上除底部以外的某點(diǎn)對(duì)齊，行高可以比最高的box高。當(dāng)容器寬度不夠時(shí)，行內(nèi)元素將被放到多行中，這在一個(gè)p元素中經(jīng)常發(fā)生。

定位 Position

Relative

相對(duì)定位——先按照一般的定位，然后按所要求的差值移動(dòng)。

Floats

一個(gè)浮動(dòng)的box移動(dòng)到一行的最左邊或是最右邊，其余的box圍繞在它周?chē)?。下面這段html：

 

 

將顯示為：

Absolute和Fixed

這種情況下的布局完全不顧普通的文檔流，元素不屬于文檔流的一部分，大小取決于容器。Fixed時(shí)，容器為viewport（可視區(qū)域）。

圖17：fixed

注意－fixed即使在文檔流滾動(dòng)時(shí)也不會(huì)移動(dòng)。

Layered representation

這個(gè)由CSS屬性中的z-index指定，表示盒模型的第三個(gè)大小，即在z軸上的位置。Box分發(fā)到堆棧中（稱(chēng)為堆棧上下文），每個(gè)堆棧中靠后的元素將被較早繪制，棧頂靠前的元素離用戶(hù)最近，當(dāng)發(fā)生交疊時(shí)，將隱藏靠后的元素。堆棧根據(jù)z-index屬性排序，擁有z-index屬性的box形成了一個(gè)局部堆棧，viewport有外部堆棧，例如：

 

 

結(jié)果是：

雖然綠色div排在紅色div后面，可能在正常流中也已經(jīng)被繪制在后面，但z-index有更高優(yōu)先級(jí)，所以在根box的堆棧中更靠前。

國(guó)外也有網(wǎng)友根據(jù)瀏覽器的工作原理繪制了幾張工作流程圖，方便大家通過(guò)簡(jiǎn)易的圖片來(lái)了解這個(gè)辛苦的過(guò)程：