[ 모던 자바스크립트 ] 38. 브라우저의 렌더링 과정

자바스크립트가 가장 많이 사용되는 분야는 웹 브라우저 환경에서 동작하는 웹페이지/애플리케이션의 클라이언트 사이드다.

브라우저가 HTML, CSS, 자바스크립트로 작성된 텍스트 문서를 어떻게 파싱(해석)하여 브러우저에 렌더링❓

• 파싱(parsing) = 구문 분석
  • 프로그래밍 언어의 문법에 맞게 작성된 텍스트 문서를 읽어 들여 실행하기 위해 텍스트 문서의 문자열을 토큰으로 분해하고, 토큰에 문법적 의미와 구조를 반영하여 트리 구조의 자료구조인 파스 트리를 생성하는 일련의 과정
  • 일반적으로 파싱이 완료된 이후에는 파스 트리를 기반으로 중간 언어인 바이트코드를 생성하고 실행한다.
• 렌더링(rendering)
  • HTML, CSS, 자바스크립트로 작성된 문서를 파싱하여 브라우저에 시각적으로 출력하는 것

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브라우저 렌더링 과정

1. 브라우저는 HTML, CSS, 자바스크립트, 이미지, 폰트 파일 등 렌더링에 필요한 리소스를 요청하고 서버로부터 응답을 받는다.
2. 브라우저의 렌더링 엔진은 서버로부터 응답된 HTML과 CSS를 파싱하여 DOM과 CSSOM을 생성하고 이들을 결합하여 렌더 트리를 생성한다.
3. 브라우저의 자바스크립트 엔진은 서버로부터 응답된 자바스크립트를 파싱하여 AST(Abstract Syntax Tree)를 생성하고 바이트코드로 변환하여 실행한다. 이때 자바스크립트는 DOM API를 통해 DOM이나 CSSOM을 변경할 수 있다. 변경된 DOM과 CSSOM은 다시 렌더 트리로 결합된다.
4. 렌더 트리를 기반으로 HTML 요소의 레이아웃(위치와 크기)을 계산하고 브라우저 화면에 HTML 요소를 페인팅한다.

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1) 요청과 응답

브라우저의 핵심 기능은 필요한 리소스(HTML, CSS, 자바스크립트, 이미지, 폰트 등의 정적 파일 또는 서비스가 동적으로 생성한 데이터)를 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.

 

브라우저의 주소창에 URL을 입력하고 엔터 키를 누르면 URL의 호스트 이름이 DNS를 통해 IP 주소로 변환되고 이 IP 주소를 갖는 서버에게 요청을 전송한다.

 

브라우저의 렌더링 엔진은 HTML(index.html)을 파싱하는 도중에 외부 리소스를 로드하는 태그, 즉 CSS 파일을 로드하는 link 태그, 이미지 파일을 로드하는 img 태그, 자바스크립트를 로드하는 script 태그 등을 만나면 HTML의 파싱을 일시 중단하고 해당 리소스 파일을 서버로 요청한다.

 

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2) HTTP 1.1과 HTTP 2.0

HTTP는 웹에서 브라우저와 서버가 통신하기 위한 프로토콜이다.

 

HTTP/1.1은 기본적으로 커넥션당 하나의 요청과 응답만 처리한다. 즉, 리소스 요청이 개별적으로 전송되고 응답 또한 개별적으로 전송된다. 그렇기 때문에 요청할 리소스의 개수에 비례하여 응답 시간도 증가하는 단점이 있다.

 

HTTP/2는 커넥션당 여러 개의 요청과 응답이 가능하다. (다중 요청/응답) 따라서 HTTP/2.0은 여러 리소스의 동시 전송이 가능하므로 HTTP/1.1에 비해 페이지 로드 속도가 약 50% 정도 빠르다고 알려져 있다.

 

 

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3) HTML 파싱과 DOM 생성

브라우저의 요청에 의해 서버가 응답한 HTML 문서는 문자열로 이루어진 순수한 텍스트다. 순수한 텍스트인 HTML 문서를 브라우저에 시각적인 픽셀로 렌더링하려면 HTML 문서를 브라우저가 이해할 수 있는 자료구조(객체)로 변환하여 메모리에 저장해야 한다.

 

브라우저의 렌더링 엔진은 응답받은 HTML 문서를 파싱하여 브라우저가 이해할 수 있는 자료구조인 DOM을 생성한다.

바이트 → 문자 → 토큰 → 노드 → DOM

1. 서버에 존재하던 HTML 파일이 브라우저의 요청에 의해 응답된다. 이때 서버는 브라우저가 요청한 HTML 파일을 읽어 들여 메모리에 저장한 다음 메모리에 저장된 바이트(2진수)를 인터넷을 경유하여 응답한다.
2. 브라우저는 서버가 응답한 HTML 문서를 바이트(2진수) 형태로 응답받는다. 그리고 응답된 바이트 형태의 HTML 문서는 meta 태그의 charset 어트리뷰트에 의해 지정된 인코딩 방식을 기준으로 문자열로 변환된다.
3. 문자열로 변환된 HTML 문서를 읽어 들여 문법적 의미를 갖는 코드의 최소 단위인 토큰들로 분해한다.
4. 각 토큰들을 객체로 변환하여 노드들을 생성한다. 토큰의 내용에 따라 문서 노드, 요소 노드, 어트리뷰트 노드, 텍스트 노드가 생성된다.
5. HTML 문서는 HTML 요소들의 집합으로 이루어지며 HTML 요소는 중첩 관계를 갖는다. 이때 HTML 요소 간에는 중첩 관계에 의해 부자 관계가 형성된다. 이러한 HTML 요소 간의 부자 관계를 반영하여 모든 노드들을 트리 자료구조로 구성한다. ⇒ DOM (Document Object Model)

즉, DOM은 HTML 문서를 파싱한 결과물이다.

 

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4) CSS 파싱과 CSSOM 생성

서버로부터 CSS 파일이 응답되면 렌더링 엔진은 HTML과 동일한 해석 과정(바이트 → 문자 → 토큰 → 노드 → CSSOM)을 거쳐 CSS를 파싱하여 CSSOM을 생성한다.

CSSOM은 CSS의 상속을 반영하여 생성된다.

 

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5) 렌더 트리 생성

DOM과 CSSOM은 렌더링을 위해 렌더 트리로 결합된다.

렌더 트리는 렌더링을 위한 트리 구조의 자료구조다. 따라서 렌더 트리는 브라우저 화면에 렌더링되는 노드만으로 구성된다.

※ display: none과 같이 화면 상에서 보이지 않고 공간을 차지하지 않는 것은 렌더 트리로 구축 X

 

이후 완성된 렌더 트리는 각 HTML 요소의 레이아웃(위치와 크기)을 계산하는 데 사용되며 브라우저 화면에 픽셀을 렌더링하는 페인팅 처리에 입력된다.

 

브라우저의 렌더링 과정은 반복해서 실행될 수 있다. ⇒ 리렌더링

• 자바스크립트에 의한 노드 추가 또는 삭제
• 브라우저 창의 리사이징에 의한 뷰포트 크기 변경
• HTML 요소의 레이아웃 변경을 발생시키는 width/height, margin, padding 등의 스타일 변경

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6) 자바스크립트 파싱과 실행

자바스크립트 코드에서 DOM API를 사용하면 이미 생성된 DOM을 동적으로 조작할 수 있다.

렌더링 엔진은 HTML을 한 줄씩 순차적으로 파싱하며 DOM을 생성해 나가다가 script 태그를 만나면 DOM 생성을 일시 중단한다. 그리고 script 태그 내의 자바스크립트 코드를 파싱하기 위해 자바스크립트 엔진에 제어권을 넘긴다.

 

자바스크립트 파싱과 실행은 브라우저의 렌더링 엔진이 아닌 자바스크립트 엔진이 처리한다.

 

자바스크립트 엔진은 자바스크립트를 해석하여 AST(Abstract Syntax Tree, 추상적 구문 트리)를 생성한다. 그리고 AST를 기반으로 인터프리터가 실행할 수 있는 중간 코드인 바이트코드를 생성하여 실행한다.

 

 

토크나이징 (tokenizing)

• 단순한 문자열인 자바스크립트 소스코드를 어휘 분석하여 문법적 의미를 갖는 코드의 최소 단위인 토큰들로 분해한다.
• 이 과정을 렉싱(lexing)이라고 부르기도 하지만 미묘한 차이가 있다.

 

파싱(parsing)

• 토큰들의 집합을 구문 분석하여 AST를 생성한다. AST는 토큰에 문법적 의미와 구조를 반영한 트리 구조의 자료구조다.

 

바이트코드 생성과 실행

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

 

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7) 리플로우와 리페인트

리플로우 : 레이아웃 계산을 다시 하는 것

• 노드 추가/삭제
• 요소의 크기/위치 변경
• 윈도우 리사이징

 

리페인트 : 재결합된 렌더 트리를 기반으로 다시 페인트를 하는 것

• 레이아웃에 영향이 없는 변경은 리플로우 없이 리페인트만 실행된다.
• opacity, background-color 등

 

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8) 자바스크립트 파싱에 의한 HTML 파싱 중단

브라우저는 동기적으로 HTML, CSS, 자바스크립트를 파싱하고 실행한다. 이것은 script 태그의 위치에 따라 HTML 파싱이 블로킹되어 DOM 생성이 지연될 수 있다는 것을 의미한다.

 

script 태그의 위치에 따라 블로킹이 발생할 수도 있다. 따라서 body 요소의 가장 아래에 자바스크립트를 위치시키는 것은 좋은 아이디어다.

• DOM이 완성되지 않은 상태에서 자바스크립트가 DOM을 조작하면 에러가 발생할 수 있다.
• 자바스크립트 로딩/파싱/실행으로 인해 HTML 요소들의 렌더링에 지장받는 일이 발생하지 않아 페이지 로딩 시간이 단축된다.

 

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9) script 태그의 async/defer 어트리뷰트

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

 

async와 defer 어트리뷰트는 다음과 같이 src 어트리뷰트를 통해 외부 자바스크립트 파일을 로드하는 경우에만 사용할 수 있다. (인라인 자바스크립트에는 사용 X)

<script async src="extern.js"></script>
<script defer src="extern.js"></script>

async와 defer 어트리뷰트를 사용하면 HTML 파싱과 외부 자바스크립트 파일의 로드가 비동기적으로 동시에 진행된다.

 

 

async 어트리뷰트

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

여러 개의 script 태그에 async 어트리뷰트를 지정하면 script 태그의 순서와는 상관없이 로드가 완료된 자바스크립트부터 먼저 실행되므로 순서가 보장되지 않는다.

 

 

defer 어트리뷰트

자바스크립트의 파싱과 실행은 HTML 파싱이 완료된 직후, 즉 DOM 생성이 완료된 직후 진행된다. 따라서 DOM 생성이 완료된 이후 실행되어야 할 자바스크립트에 유용하다.

 

 

 

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출처: 이웅모, 『모던 자바스크립트 Deep Dive』 - 위키북스