Modern Javascript Deep Dive - 38장 브라우저의 렌더링 과정
August 24, 2023
웹 애플리케이션의 클라이언트 사이드 자바스크립트는 브라우저에서 HTML, CSS와 함께 실행된다.
→ 브라우저 환경을 고려할 때 더 효율적인 클라이언트 사이드 자바스크립트 프로그래밍이 가능하다.
브라우저는 다음과 같은 과정을 거쳐 렌더링을 수행한다.
- 브라우저는 HTML, CSS, 자바스크립트, 이미지, 폰트 파일 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 AST를 생성하고 바이트코드로 변환하여 실행한다.
- 렌더 트리를 기반으로 HTML 요소의 레이아웃을 계산하고 브라우저 화면에 HTML 요소에 페인팅한다.
1. 요청과 응답
브라우저의 핵심 기능은 필요한 리소스를 서버에 요청하고 서버로부터 응답받아 브라우저에 시각적으로 렌더링하는 것이다.
→ 렌더링에 필요한 리소스는 모두 서버에 존재하므로 필요한 리소스를 서버에 요청하고 서버가 응답한 리소스를 파싱하여 렌더링하는 것이다.
2. HTTP 1.1 과 HTTP 2.0
HTTP는 웹에서 브라우저와 서버가 통신하기 위한 프로토콜이다.
HTTP/1.1 은 기본적으로 커넥션당 하나의 요청과 응답만 처리한다.
→ 여러 개의 요청을 한 번에 전송할 수 없고 응답 또한 마찬가지다.
→ HTML 문서 내에 포함된 여러 개의 리소스 요청이 개별적으로 전송되고 응답 또한 개별적으로 전송된다.
HTTP/1.1은 리소스의 동시 전송이 불가능한 구조이므로 요청할 리소스의 개수에 비례하여 응답 시간도 증가하는 단점이 있다.
HTTP/2는 커넥션당 여러 개의 요청과 응답, 즉 다중 요청/응답이 가능하다.
→ 동시 전송이 가능하므로 HTTP/1.1에 비해 페이지 로드 속도가 약 50% 정도 빠르다.
3. HTML 파싱과 DOM 생성
브라우저의 요청에 서버가 응답한 HTML 문서는 문자열로 이루어진 순수한 텍스트다.
HTML 문서를 브라우저가 이해할 수 있는 자료구조(객체)로 변환하여 메모리에 저장해야 렌더링이 가능하다.
<!DOCTYPE html>
<html lang="kr">
<head>
<meta charset="UTF-8" />
<link rel="stylesheet" href="style.css" />
<title>Title</title>
</head>
<body>
<ul>
<li id="apple">Apple</li>
<li id="banana">Banana</li>
<li id="orange">Orange</li>
</ul>
<script src="app.js"></script>
</body>
</html>브라우저의 렌더링 엔진은 HTML 문서를 파싱하여 브라우저가 이해할 수 있는 자료구조인 DOM을 생성한다.
- 서버가 존재하는 HTML 파일이 브라우저의 요청에 의해 응답된다.
- 브라우저는 서버가 응답한 HTML 문서를 바이트 형태로 응답받는다.
- 문자열로 변환된 HTML 문서를 읽어 들여 문법적 의미를 갖는 코드의 최소 단위인 토큰(token)을 분해한다.
- 각 토큰들을 객체로 변환하여 노드(Node)들을 생성한다.
- HTML 문서는 HTML 요소들의 집합으로 이루어지며 HTML 요소는 중첩 관계를 갖는다.
→ DOM은 HTML 문서를 파싱한 결과물이다.
4. 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.
link 태그의 href 어트리뷰트에 지정된 CSS 파일을 서버에 요청하여 로드한 CSS 파일이나 style 태그 내의 CSS를 HTML과 동일한 파싱 과정(바이트 → 문자 → 토큰 → 노드 → CSSOM)을 거치며 해석하여 CSSOM을 생성한다.
이후 CSS 파싱을 완료하면 HTML 파싱이 중단된 지점부터 다시 HTML을 파싱하기 시작하여 DOM 생성을 재개한다.
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="UTF-8" />
<link rel="stylesheet" href="style.css" />
<title>Title</title>
...
</head>
</html>렌더링 엔진은 meta 태그까지 HTML을 순차적으로 해석한 다음, link 태그를 만나면 DOM 생성을 일시 중단하고 link 태그의 href 어트리뷰트에 지정된 CSS 파일을 서버에 요청한다.
5. 렌더 트리 생성
렌더링 엔진은 서버로부터 응답된 HTML과 CSS를 파싱하여 각각 DOM과 CSSOM를 생성한다.
DOM과 CSSOM은 레더링을 위해 렌더 트리로 결합된다.
완성된 렌더 트리는 각 HTML 요소의 레이아웃을 계산하는데 사용되며 브라우저 화면에 픽셀을 렌더링하는 페인팅처리에 입력된다.
브라우저의 렌더링 과정은 반복해서 실행할 수 있다.
- 자바스크립트에 의한 노드 추가 또는 삭제
- 브라우저 창의 리사이징에 의한 뷰포트 크기 변경
- HTML 요소의 위치 레이아웃에 변경을 발생시키는 width, margin 등등의 스타일 변경
레이아웃 계산과 페인팅을 다시 실행하는 리렌더링은 비용이 많이 드는, 즉 성능에 악영향을 주는 작업이다.
→ 가급적 리렌더링이 빈번하게 발생하지 않도록 주의해야 한다.
6. 자바스크립트 파싱과 실행
자바스크립트 파싱과 실행은 브라우저의 렌더링 엔진이 아닌 자바스크립트 엔진이 처리한다.
렌더링 엔진으로부터 제어권을 넘겨받은 자바스크립트 엔진은 자바스크립트 코드를 파싱하기 시작한다.
자바스크립트 엔진은 자바스크립트를 해석하여 AST(추상적 구문 트리)를 생성한다. 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.
파싱(parsing)
토큰들의 집합을 구문 분석하여 AST를 생성한다.
바이트코드 생성과 실행
파싱의 결과물로서 생성된 AST는 인터프리터가 실행할 수 있는 중간 코드인 바이트코드로 변환되고 인터프리터에 의해 실행된다.
7. 리플로우와 리페인트
자바스크립트 코드에 DOM이나 CSSOM을 변경하는 DOM API가 사용된 경우 DOM이나 CSSOM이 변경된다.
변경된 DOM과 CSSOM은 다시 렌더 트리로 결합되고 변경된 렌더 트리를 기반으로 레이아웃과 페인트 과정을 거쳐 브라우저의 화면과 다시 렌더링한다.
- 리플로우: 레이아웃 계산을 다시 하는 것을 말한다.
- 리페인트: 재결합된 렌더 트리를 기반으로 다시 페인트를 하는 것을 말한다.
레이아웃에 영향이 없는 변경은 리플로우 없이 리페인트만 실행된다.
8. 자바스크립트 파싱에 의한 HTML 파싱 중단
브라우저는 동기적으로, 위에서 아래 방향으로 순차적으로 HTML, CSS, 자바스크립트를 파싱하고 실행한다.
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="UTF-8" />
<link rel="stylesheet" href="style.css" />
<script>
const $apple = document.getElementById('apple')
$apple.style.color = 'red' // TypeError
</script>
<title>Title</title>
</head>
<body>
<ul>
<li id="apple">Apple</li>
<li id="banana">Banana</li>
<li id="orange">Orange</li>
</ul>
</body>
</html>DOM API인 document.getElementById() DOM에서 id가 “apple”인 HTML 요소를 취득한다.
하지만 실행하는 시점에서 아직 id가 “apple”인 HTML 요소를 파싱하지 않았기 때문에 DOM에는 id가 “apple”인 HTML 요소가 포함되어 있지 않은 상태다.
→ 정상적으로 동작되지 않는다.
이러한 문제를 회피하기 위해 body 요소의 가장 아래에 자바스크립트를 위치시키는 것은 좋은 아이디어다.
- DOM이 완성하지 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.
다음처럼 변경하면 동작이 된다.
<!DOCTYPE html>
<html lang="kr">
<head>
<meta charset="UTF-8" />
<link rel="stylesheet" href="style.css" />
<title>Title</title>
</head>
<body>
<ul>
<li id="apple">Apple</li>
<li id="banana">Banana</li>
<li id="orange">Orange</li>
</ul>
<script>
const $apple = document.getElementById('apple')
$apple.style.color = 'red'
</script>
</body>
</html>제대로 동작이 될 뿐만 아니라 자바스크립트가 실행되기 이전에 DOM 생성이 완료되어 렌더링되므로 페이지 로딩 시간이 단축되는 이점이 있다.
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.
→ src 어트리뷰트가 없는 인라인 자바스크립트에는 사용할 수 없다.
<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. → 자바스크립트의 실행 시점에 차이가 있다.
async 어트리뷰트
HTML 파싱과 외부 자바스크립트 파일의 로드가 비동기적으로 동시에 진행된다.
단, 자바스크립트의 파싱과 실행은 자바스크립트 파일의 로드가 완료된 직후 진행되며, HTML 파싱이 중단된다.
여러 개의 script 태그에 async 어트리뷰트를 지정하면 script 태그의 순서와는 상관없이 로드가 완료된 자바스크립트부터 먼저 실행되므로 순서가 보장되지 않는다.
→ 순서 보장이 필요한 script 태그에는 async 어트리뷰트를 지정하지 않아야 한다.
---- Javascript 로드.--자바스크립트 실행---------
| |
------------------->| |-------------->
HTML 파싱 DOMContentLoaded 이벤트defer 어트리뷰트
HTML 파싱과 외부 자바스크립트 파일의 로드가 비동기적으로 동시에 진행된다.
자바스크립트의 파싱과 실행은 HTML 파싱이 완료된 직후, 즉 DOM 생성이 완료된 직후(DOMContentLoaded 이벤트가 발생한다) 진행된다.
→ DOM 생성이 완료된 이후 실행되어야 할 자바스크립트에 유용하다.
---- Javascript 로드--> .--자바스크립트 실행->
|
------------------------------------------------------->
HTML 파싱 DOMContentLoaded 이벤트