38장 브라우저의 렌더링 과정⭐⭐⭐⭐⭐⭐⭐⭐
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Node.js 등장으로 JS는 범용 개발 언어가 되었다. 하지만 가장 많이 사용되는 분야는 웹 브라우저 환경의 웹페이지/애플리케이션의 클라이언트 사이드이다.
JS는 브라우저에서 HTML, CSS와 함께 실행된다. 따라서 브라우저 환경을 고려할 때 더 효율적인 프로그래밍이 가능하다. 이를 위해 브라우저 렌더링 과정을 알아보자
브라우저 렌더링 과정
브라우저는 렌더링에 필요한 리소스를 요청하고 서버로부터 응답 받는다.
브라우저의 렌더링 엔진은 HTML과 CSS를 파싱하여 DOM과 CSSOM을 생성하고 결합해 렌더 트리를 생성한다.
브라우저의 자바스크립트 엔진은 서버로부터 응답된 JavaScript를 파싱하여 AST를 생성하고 바이트 코드로 변환하여 실행한다. 이때 자바스크립트는 DOM API를 통해 DOM과 CSSOM을 변경시킬 수 있다. 변경된 DOM과 CSSOM은 다시 렌더 트리로 결합된다.
렌더 트리를 기반으로 HTML 요소의 레이아웃을 계산하고 브라우저 화면에 HTML 요소를 페인팅한다.
브라우저의 핵심 기능은 필요한 리소스를 서버에 요청하고, 응답받아 브라우저에 시각적으로 렌더링하는 것이다. 서버에 요청을 전송하기 위해 주소창에 URL을 입력하면 URL의 호스트 이름이 DNS를 통해 IP 주소로 변환되고 이 IP 주소를 갖는 서버에게 요청을 전송한다.
브라우저 주소창에 도메인만 입력하면 루트 요청이 서버로 전송된다. 루트 요청에는 요청 내용이 없지만 일반적으로 서버는 index.html을 응답한다. 즉, https://naver.com 은 https://naver.com/index.html과 같은 요청이다.
따라서 서버는 루트 요청에 index.html을 클라이언트에 응답한다. 이때, index.html 뿐 아니라 CSS, JS, 이미지, 폰트 파일 등 요청하지 않은 파일드도 응답된다. 이는 브라우저의 렌더링 엔진이 HTML을 파싱하는 도중 외부 리소스를 로드하는 태그를 만나면 파싱을 일시 중지하고 해당 리소스 파일을 서버로 요청하기 때문이다.
HTTP (HyperText Transfer Protocol)은 웹에서 브라우저와 서버가 통신하기 위한 프로토콜이다.
HTTP/1.1 은 커넥션당 하나의 요청과 응답만 처리한다.
HTTP/2.0은 여러 리소스의 동시 전송이 가능하므로 HTTP/1.1에 비해 페이지 로드 속도가 빠르다.
HTTP와 네트워크 는 중요한 개념이므로 더 찾아보자 !
브라우저의 요청에 의해 서버가 응답한 HTML 파일은 문자열로 이루어진 순수한 텍스트다. 이 텍스트를 시각적 픽셀로 렌더링하려면 HTML 문서를 브라우저가 이해할 수 있는 자료구조(객체)로 만들어 메모리에 저장해야 한다.
과정은 다음과 같다.
서버의 HTML 파일이 브라우저 요청에 의해 응답된다. 이때 서버는 파일을 메모리에 저장한 다음, 저장된 바이트를 인터넷을 통해 응답한다.
브라우저는 응답 받은 바이트를 meta 태그의 지정된 인코딩 방식을 기준으로 문자열로 변환한다.
변환된 HTML 문서를 읽어 문법적 의미를 갖는 최소 단위 토큰으로 분해한다.
토큰을 객체로 변환한 노드를 생성한다.
생성된 노드에 HTML 요소 관계를 반영해 트리 자료구조로 구성한다.
이 트리 자료구조를 DOM(Document Object Model)이라 부른다.
즉, DOM은 HTML 문서를 파싱한 결과물이다.
렌더링 엔진이 HTML을 한 줄씩 순차적으로 파싱하면서 DOM을 생성하면서 CSS를 로드하는 link 태그나 style 태그를 만나면 DOM 생성을 중단하고, CSS 파일을 요청하여 파싱과정을 거치며 CSSOM 을 생성한다. 이후 CSS 파싱을 완료하면 HTML 파싱의 중단 지점부터 DOM 생성을 재개한다.
위 과정을 거쳐 생성된 DOM과 CSSOM은 렌더링을 위해 렌더 트리로 결합된다. 렌더 트리는 렌더링을 위한 트리 구조의 자료구조로, 브라우저 화면에 렌더링되는 노드만으로 구성된다. 완성된 렌더트리는 각 HTML 요소의 레이아웃을 계산하는데 사용되며, 화면에 픽셀을 렌더링하는 페인팅 처리에 입력된다.
이러한 렌더링 과정은 반복해서 실행될 수 있다.
JS에 의한 노드 추가 또는 삭제
브라우저 창의 리사이징에 의한 뷰포트 크기 변경
HTML 요소의 레이아웃에 변경을 발생시키는 스타일 변경
레이아웃 계산과 페인팅을 다시 실행하는 리렌더링은 비용이 많이 소모되는, 성능에 악영향을 주는 작업으로 가급적 발생하지 않도록 주의해야 한다.
HTML 문서 파싱의 결과물로 생성된 DOM은 HTML 문서의 구조와 정보 뿐 아니라 HTML 요소와 스타일을 변경할 수 있는 DOM API를 제공한다. 즉, JS 코드에서 DOM API를 사용하면 이미 생성된 DOM을 동적으로 조작할 수 있다.
CSS 파싱 과정과 마찬가지로, 렌더링 엔진은 HTML을 한 줄씩 순차적으로 파싱하며 DOM을 생성하다가 JS 파일을 로드하는 script 태그나 JS 코드를 담은 script 태그를 만나면 DOM 생성을 일시 중단한다. 그리고 script 태그의 src 어트리뷰트에 정의된 JS 파일을 서버에 요청하여 로드한 JS 파일이나 script 태그 내 JS 코드를 파싱하기 위해 JS 엔진에 제어권을 넘긴다.
JS 파싱과 실행은 JS 엔진이 처리한다. JS 엔진은 JS 코드를 파싱하여 CPU가 이해할 수 있는 저수준 언어로 변환하고 실행하는 역할을 한다. DOM, CSSOM과 같이 JS 엔진은 JS를 해석하여 AST(추상적 구문 트리)를 생성한다. 그리고 AST를 기반으로 인터프리터가 실행할 수 있는 바이트코드를 생성하여 실행한다.
JS 코드에 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 페인트하는 것을 말한다. 항상 순차적으로 동시에 실행되는 것은 아니며, 레이아웃에 영향이 없는 변경은 리플로우 없이 리페인트만 실행된다.
렌더링 엔진과 JS 엔진은 직렬적으로 파싱을 수행한다. 이처럼 브라우저는 동기적으로 위=>아래로 순차적 파싱, 실행한다. 이는 script 태그 위치에 따라 HTML 파싱이 블로킹되어 DOM 생성이 지연될 수 있음을 의미한다. 따라서 script 태그의 위치는 중요한 의미를 갖는다.
일반적으로 script 태그는 HTML과 CSS 렌더링이 끝난 이후 실행하도록 마지막에 위치한다. 이는 UX 적인 측면 뿐아니라 불필요한 리랜더링을 방지할 수 있기 때문이다.
DOM 생성이 중단되는 문제를 근본적으로 해결하기 위해 HTML5부터 async와 defer 어트리뷰트가 추가되었다.
async와 defer 어트리뷰트는 src 어트리뷰트를 통해 외부 자바스크립트 파일을 로드하는 경우에만 사용 가능하다. 즉, src 어트리뷰트가 없는 인라인 자바스크립트에는 사용할 수 없다. async와 defer 어트리뷰트를 사용하면 HTML 파싱과 외부 JS 파일의 로드가 비동기적으로 동시에 진행된다.
async 어트리뷰트 - JS 파일 로드 된 후 !
HTML 파싱과 외부 JS 파일의 로드가 비동기적으로 동시에 진행된다. 단, JS 파싱과 실행은 JS 파일의 로드가 완료된 직후 진행되며, 이때 HTML 파싱이 중단된다. 여러 개의 script 태그에 async 어트리뷰트를 지정하면 script 태그 순서와 상관없이 로드가 완료된 JS부터 실행되므로 순서가 보장되지 않는다. 따라서 순서 보장이 필요한 태그에는 async 어트리뷰트를 지정하지 않아야 한다.
defer 어트리뷰트 - HTML 파싱 끝난 후 !
HTML 파싱과 외부 JS 파일의 로드가 비동기적으로 동시에 진행된다. 단, JS 파싱과 실행은 HTML 파싱이 완료된 직후, 즉 DOM 생성이 완료된 직후 진행된다. 따라서 DOM 생성이 완료된 이후 실행되어야 하는 JS에 유용하다.
