从css到页面样式渲染

不可能的是

写了这么多class,color,background,display...; 也许有时候会疑惑,怎么就显示在页面上,改变元素的样式。

本文简明介绍整个解析,匹配,渲染过程

css 描述

css 是Cascading Style Sheets的简写,是一种样式表语言。对应多种语法规则,可以为HTML 指定样式。

基本规则

图片描述

图片来源

css 规则由两部分组成:选择器声明。上图中element 对应的类选择器,紧接着声明(Declaration)

每条声明由一个属性(Property)冒号(:)和 一个值(value)分号(;) 组成。

CSS 解析

解析 html 或外部css 文档,就是将文档转化成为有意义的结构,能够让代码理解。解析结果代表了文档结构的节点树,

解析分为词法分析 和 语法分析。
解析过程

词法分析,也是编译原理中的术语,从左到右一个字符一个字符的读入源程序,对字符流进行扫描,根据构词规则识别单词,。这一过程可以使用lex等工具自动生成。

语法分析,主要任务是在词法分析的基础上,将单词序列组合成各类语法短语,如“程序”, “语句”,“表达式”

解析工作通常会被拆分为两个组件:

  1. 词法分析器,负责将输入流分解成有效的字符。
  2. 解析器,负责根据不同语言的语法规则来分析文档结构,最后构造出解析树。
    词法分析器知道如何去除不相关的字符,比如空格和换行

具体到css解析,因为它是上下文无关的语法,可以利用各种解析器进行解析。webkit 使用Flex 和 Bison 解析器生成器,通过css 语法文件自动创建解析器。解析器将CSS文件解析成StyleSheet对象,且每个对象都包含CSS规则。CSS规则包含选择器和声明对象。
图片描述

上图是 一个像素点的一生的ppt中选出图片,感兴趣可以看看演讲视频,非常直白,css样式规则会被各种方式索引以便进行快速有效的查找。实现各个样式属性的C++ 类,比如ppt中的BorderLeftColor类,是在构建时Python脚本自动生成的。

具体到代码实现中,webkit 使用CSSRuleSet 对象来保存style rule,在一般规则需要创建时,调用createStyleRule();

浏览器从右往左匹配选择器

在使用css选择器进行样式匹配时,尽量少用层级关系,因为这样可以减少选择器匹配的次数,提高css 解析效率。

其实浏览器使用从右到左的解析顺序,同样提高了效率。通常在写css 样式时,我们一贯的想法是,从左往右解析,从根节点开始,一层一层遍历匹配,直到所有的选择器都匹配上了。浏览器解析的顺序正好相反。

从右往左匹配的好处

简单回顾下本次话题的上下文,也就是浏览器对页面解析过程:

  1. HTML parser 生成 Dom Tree
  2. css parser 生成 style rules,也就是CSSOM tree。
  3. DomCSSOM匹配完成后,最后结合生成render tree
  4. 根据 render tree 开始 布局
    ...

clipboard.png

根据这张图,可以对渲染过程大致了解。

回到浏览器匹配css 规则上,如果只有一个选择器 对应匹配一个元素,从左往右匹配看似非常合理,但是正常情况是,一个dom节点,比如<div class="cls1 cls2 cls3" id='id1'></div>,可能对应了无数个css规则,没有上限,我可以在上面加非常多的样式。css 匹配效率的关键就是如何快速判断尽可能多的选择器并不能匹配。

先看看有多层嵌套的css规则。比如 #root .box .wrap i {}, 如果从左往右解析,最左边开始, 直到最右边的选择器i, dom节点上根本没有i标签, 遍历到最后才排除css 规则。

相反,从最右边的选择器部分开始匹配,如果不成功,整个匹配过程就可以立刻结束;成功了,继续往左,匹配父节点,跟树的深度成正比。所以浏览器的匹配方式,可以非常快速的排除大部分的选择器。

根据2009年在Firefox上做的测试,结论是仅仅从最右边的选择器开始检查,就可以排除70%的规则。快速除去2/3的css规则后,后面只用担心剩余的1/3。

样式作用在DOM元素上

从css文档被解析器解析完成,将数据保存在对象模型中,获取所有已解析的样式规则,结合浏览器提供的默认样式,计算出每个DOM 元素最终的样式值。保存在ComputedStyle对象模型中,它是由样式属性和值形成的map。
并且getComputedStyle 已经暴露出来,在js中通过window.getComputedStyle,可以获取元素的最终样式。

共享ComputedStyle

如果多个element的computedStyle不通过计算可以确认它们相等,那么这些elements只会计算一次样式,其余的直接共享该ComputedStyle。

那些规则会共享computedStyle(待验证):

  1. 该共享的element不能有id 属性且CSS中还有该id的StyleRule,即使StyleRule 与 element 不匹配
  2. tagName 和 class 属性必须一样。
  3. mappedAttribute 必须相同。
  4. 不能使用sibling selector, 比如 :first-child, :last-child.
  5. 不能有style 属性,哪怕style 属性相同。他们也不会共享。

       <p style="color:red">p1</p>
       <p style="color:red">p2</p>
       

渲染

页面绘制到屏幕后,页面结构的改变也有可能导致渲染树重新计算,其中重排和重绘是最耗时的部分。

在页面的生命周期中,随时都有可能发生重排(Layout)和重绘(Painting)

重排(reflow)

当可见节点位置 及尺寸发生变化时都会发生重排,而且重排开销比重绘更大。

至少会有一次重排,发生在初始化页面布局的时候。

触发重排的几种情况:

  1. 添加或删除可见dom元素
  2. 元素位置改变
  3. 元素尺寸改变,
  4. 文字,内容,字体发生改变
  5. 页面初始化渲染
    ....

重绘(repaints)

改变元素的外观属性(如background-color, border-color, visibility),不影响整个布局,浏览器就会根据元素的新属性重新绘制。

重绘不会带来重新布局

层合成(composite)

DOM树中每个节点的都对应一个LayoutObject, 拥有相同的坐标空间的LayoutObject,属于同一渲染层(RenderLayers)。

渲染层保证元素按照正确顺序合成(composite),正常展示元素的重叠以及元素透明等。

存在一些特殊情况,为满足指定条件的LayoutObject会拥有独立的渲染层,其他layoutobject则和第一个拥有渲染层的父元素公用一个。

利用chrome Devtools查看绘制过程。

打开Chrome Devtools,按下Esc建
在出现的面板上 点击左上角三点。
clipboard.png

选择rendering,转到对应标签。
clipboard.png

打开后,页面中闪烁的绿色区域,表示这块需要重新绘制。
当滚动侧边栏时,会出现整块绿色

clipboard.png

总结

本文对css整个渲染过程进行简单介绍,试图把大量复杂知识点串在一起,至少可以让平时跟css打交道的我们,了解大致是个什么过程,同时也是对自己学习过程中的一次总结。对于里面涉及到的概念,都可以作为一个切入点,去好好研究。

参考链接

  1. Things nobody ever taught me about CSS
  2. 缩小样式计算的范围并降低其复杂性
  3. 为什么浏览器读取css规则的顺序是从右到左
  4. why-do-browsers-match-css-selectors-from-right-to-left
  5. 【Hello CSS】第一章-CSS的语法与工作流
  6. 编译原理之词法分析、语法分析、语义分析
  7. How Browsers Work: Behind the scenes of modern web browsers
  8. 前端代码如何通过浏览器演化为屏幕显示的像素
  9. Webkit CSS引擎分析
  10. 简化绘制的复杂度、减小绘制区域
  11. 无线性能优化:Composite
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