브라우저 렌더링 과정
브라우저 환경을 고려할 때 더 효율적인 클라이언트 사이드 자바스크립트 프로그래밍이 가능하다.
이를 위해 브라우저가 HTML, CSS, 자바스크립트로 작성된 텍스트 문서를 어떻게 파싱하여 브라우저에 렌더링 하는지 살펴보자.
파싱(parsing):
파싱(구문 분석(syntax analysis))은 프로그래밍 언어의 문법에 맞게 작성된 텍스트 문서를 읽어 들어 실행하기 위해 문자열을 토큰으로 분해(어휘 분석)하고, 토큰에 문법적 의미와 구조를 반영하여 트리 구조의 자료구조인 파스 트리를 생성하는 일련의 과정을 말한다.
일반적으로 파싱이 완료된 이후에는 파스 트리를 기반으로 중간 언어인 바이트코드를 생성하고 실행한다.
렌더링(rendering):
렌더링은 HTML, CSS, JavaScript로 작성된 문서를 파싱하여 브라우저에 시각적으로 출력하는 것을 말한다.
토큰(token):
토큰이란 문법적인 의미를 가지며, 문법적으로 더이상 나눌 수 없는 코드의 기본 요소를 의미한다.
바이트코드(bytecode):
바이트코드는 특정한 하드웨어가 아니라 가상 머신에서 실행하도록 만든 바이너리 코드를 의미한다.
브라우저는 다음과 같은 과정을 거쳐 렌더링을 수행한다.
- 브라우저는 HTML, CSS, JS, Image, Fonts file, 등 렌더링에 필요한 리소스를 요청하고 서버로부터 응답을 받는다.
- 브라우저의 렌더링 엔진은 서버로부터 응답된 HTML과 CSS를 파싱하여 DOM과 CSSOM을 생성하고 이들을 결합하여 렌더 트리를 생성한다.
- 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.
- 렌더 트리를 기반으로 HTML 요소의 레이아웃(위치와 크기)을 계산하고 브라우저 화면에 HTML 요소를 페인팅 한다.
요청과 응답
브라우저의 핵심 기능은 필요한 리소스를 서버에 요청하고 서버로부터 응답받아 브라우저에 시각적으로 렌더링 하는것이다. 즉, 렌더링에 필요한 리소스는 모두 서버에 존재하므로 필요한 리소스를 서버에 요청하고 서버가 응답한 리소스를 파싱하여 렌더링 하는 것이다.
서버에 요청을 전송하기 위해 브라우저는 주소창을 제공한다. 브라우저의 주소창에 URL을 입력하고 엔터 키를 누르면 URL의 호스트 이름이 DNS를 통해 IP 주소로 변환되고 이 IP 주소를 갖는 서버에게 요청을 전송한다.
예를 들어, 브라우저 주소창에 https://tistory.com을 입력하고 엔터 키를 누르면 루트 요청(/, 스킴과 호스트만으로 구성된 URI에 의한 요청)이 tistory.com 서버로 전송된다. 일반적으로 서버는 루트 요청에 대해 암묵적으로 index.html을 응답하도록 기본 설정되어 있다. 따라서 서버는 루트 요청에 대해 섯버의 루트 폴더에 존재하는 정적 파일 index.html을 클라이언트로 응답한다. 자바스크립트를 통해 동적으로 서버에 정적/동적 데이터를 요청할 수도 있다.
HTTP 1.1과 HTTP 2.0
HTTP(HyperText Transfer Protocol)는 웹에서 브라우저와 서버가 통신하기 위한 프로토콜(규약)이다.
HTTP/1.1은 여러개의 요청을 한 번에 전송할 수 없고 응답 또한 마찬가지다.
HTTP/2는 여러개의 요청과 응답이 가능하다. 따라서 HTTP/2.0은 여러 리소스의 동시 전송이 가능하므로 HTTP/1.1에 비해 페이지 로드 속도가 약 50%정도 빠르다고 알려져 있다.
HTML 파싱과 DOM 생성
브라우저 요청에 의해 서버가 응답한 HTML 문서는 문자열로 이루어진 순수한 텍스트다. 순수한 HTML 문서를 브라우저에 시각적인 픽셀로 렌더링하려면 HTML 문서를 브라우저가 이해할 수 있는 자료구조(객체)로 변환하여 메모리에 저장해야 한다.
브라우저 렌더링 엔진은 다음과 같은 과정을 통해 응답받은 HTML 문서를 파싱하여 브라우저가 이해할 수 있는 자료구조인 DOM을 생성한다.
- 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.
- 브라우저는 서버가 응답한 HTML 문서를 바이트(2진수) 형태로 응답받는다. 그리고 응답된 바이트 형태의 HTML 문서는 meta태그의 charset 어트리뷰트에 의해 지정된 인코딩 방식을 기준으로 문자열로 변환된다. 브라우저는 이를 확인하고 문자열로 변환한다.
- 문자열로 변환된 HTML 문서를 읽어 토큰들로 분해한다.
- 각 토큰들을 객체로 변환하여 노드들을 생성한다. 토큰의 내용에 따라 문서 노드, 요소 노드, 어트리뷰트 노드, 텍스트 노드가 생성되며 노드는 이후 DOM을 구성하는 기본 요소가 된다.
- HTML 문서는 HTML 요소들의 집합으로 이루어지며 HTML 요소는 중첩 관계를 갖는다. 이때 HTML 요소 간에는 중첩 관계에 의해 부자 관계가 형성된다. 이러한 관계를 반영 하여 모든 노드들을 트리 자료구조로 구성한다. 이 노드들로 구성된 트리 자료구조를 DOM(Document Object Model)이라 부른다.
즉, DOM은 HTML 문서를 파싱한 결과물이다.
CSS 파싱과 CSSOM 생성
렌더링 엔진은 HTML을 처음부터 한 줄씩 순차적으로 파싱하여 DOM을 생성해 나간다.
렌더링 엔진은 DOM을 생성해 나가다가 CSS를 로드하는 link 태그나 style 태그를 만나면
DOM 생성을 일시 중단한다. 그리고 link 태그의 href 어트리뷰트에 지정된 CSS 파일을 서버에 요청하여 로드한 CSS 파일이나 style 태그 내의 CSS HTML과 동일한 과정(바이트 -> 문자 -> 토큰 -> 노드 -> CSSOM)을 거치며 해석하여 CSSOM을 생성한다. CSSOM은 CSS의 상속을 반영하여 생성된다. 이후 CSS 파싱을 완료하면 HTML 파싱이 중단된 지점부터 다시 HTML을 파싱하기 시작하여 DOM 생성을 재개한다.
렌더 트리 생성
렌더링 엔진은 서버로부터 응답된 HTML과 CSS를 파싱하여 각각 DOM과 CSSOM를 생성한다. 그리고 DOM과 CSSOM은 렌더링을 위해 렌더 트리(render tree)로 결합된다.
렌더 트리는 렌더링을 위한 트리 구조의 자료구조다. 렌더 트리는 브라우저 화면에 렌더링되는 노드만으로 구성된다. 이후 완성된 렌더 트리는 각 HTML 요소의 레이아웃을 계산하는데 사용되며 브라우저 화면에 픽셀을 렌더링하는 페인팅 처리에 입력된다.
자바스크립트 파싱과 실행
CSS 파싱 과정과 마찬가지로 렌더링 엔진은 DOM을 생성해 나가다가 script 태그나 자바스크립트 코드를 콘텐츠로 담은 script 태그를 만나면 DOM 생성을 일시 중단한다.
그리고 script 태그의 src 어트리뷰트에 정의된 js파일을 서버에 요청하여 로드한 js파일이나 script 태그 내의 js 코드를 파싱하기 위해 js엔진에 제어권을 넘긴다.
js파싱과 실행은 브라우저 렌더링 엔진이 아닌 js엔진이 처리한다.
렌더링 엔진으로부터 제어권을 넘겨받은 자바스크립트 엔진은 자바스크립트 코드를 파싱하기 시작한다. 자바스크립트 엔진은 자바스크립트를 해석하여 AST(추상적 구문 트리)를 생성한다.
그리고 AST를 기반으로 인터프리터가 실행 할 수있는 중간 코드인 바이트코드를 생성하여 실행한다.
리플로우와 리페인트
자바스크립트 코드에 DOM이나 CSSOM을 변경하는 DOM API가 사용된 경우 DOM이나 CSSOM이 변경된다.
이때 변경된 DOM과 CSSOM은 다시 렌더 트리로 결합되고 변경된 렌더 트리를 기반으로 레이아웃과 페인트 과정을 거쳐 브라우저 화면에 다시 렌더링한다.이를 리플로우, 리페인트라 한다.
리플로우는 레이아웃 계산을 다시 하는 것을 말하며 리페인트는 재결합된 렌더 트리를 기반으로 다시 페인트를 하는 것을 말한다.
자바스크립트 파싱에 의한 HTML 파싱 중단
렌더링 엔진과 자바스크립트 엔진은 직렬적으로 파싱을 수행한다.
브라우저는 동기적으로, 위에서 아래 방향으로 HTML, CSS, 자바스크립트를 파싱하고 실행한다.
다음과 같은 이유로 body 요소의 가장 아래에 자바스크립트를 위치시키는 것이 좋다
- 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.
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 어트리뷰트를 통해 외부 자바스크립트 파일을 로드하는 경우에만 사용할 수 있다.
<script async src = "app.js"></script>
<script defer src = "app.js"></script>async, defer 어트리뷰트를 사용하면 HTML 파싱과 외부 자바스크립트 파일의 로드가 비동기적으로 동시에 진행된다. 하지만 자바스크립트의 실행 시점에 차이가 있다.
둘다 IE10 이상에서 정상 지원된다
async 어트리뷰트
자바스크립트의 파싱과 실행은 자바스크립트 파일의 로드가 완료된 직후 진행되며, 이떄 HTML 파싱이 중단된다.
따라서 순서 보장이 필요한 script 태그에는 지정하지 않아야 한다.
defer 어트리뷰트
자바스크립트의 파싱과 실행은 DOM 생성이 완료된 직후 진행된다.
따라서 DOM 생성이 완료된 이후 실행되어야 할 자바스크립트에 유용하다.