자바스크립트, html로 짠 코드가 브라우저에서 렌더링되는 과정

우리가 자바스크립트, html, css를 사용해서 만든 코드를 크롬에서는 어떻게 해석하여 화면에 보여줄까?

 

다른 프로그래밍 언어인 자바나 파이썬은 운영체제나 가상 머신 위에서 실행되지만, 자바스크립트는 브라우저에서 html, css과 함께 실행된다는 특징이 있습니다. 즉, 브라우저가 HTML, CSS, 자바스크립트로 작성된 문서를 파싱하여 브라우저에 시각적으로 출력해준다는 뜻입니다. 이 글에서는 이 과정에 대해 좀 더 상세하게 살펴볼 것입니다.

 

 

하루만에 제가 간단하게 만든 웹사이트가 있는데요, 다른 기술 없이 오직 html, css, javascript로만 만든 웹사이트입니다. 코드가 궁금하다면 깃헙에서 확인해주세요. 이 페이지를 로딩할 때 개발자 도구의 네트워크 탭을 살펴보면, 순차적으로 필요한 html, css, js 코드를 서버에 요청하는 것을 확인할 수 있습니다.

브라우저는 URL을 입력하면, 서버로부터 렌더링에 필요한 리소스를 요청하고 html, css, javascript, image, font 파일 등 필요한 파일에 대한 응답을 받는다.

 

HTML 파싱과 DOM 생성

 

 

 

브라우저 렌더링 엔진은 응답받은 HTML 문서를 파싱하여 토큰 단위로 분해하고, 토큰들을 노드 객체로 변환한다. 토큰의 종류에 따라서 문서 노드, 요소 노드, 어트리뷰트 노드, 텍스트 노드가 생성되고 위와 같은 DOM 자료구조로 생성한다. 

 

CSS 파싱과 CSSOM 생성

 

브라우저 렌더링 엔진은 HTML 문서를 순서대로 파싱하다가 CSS를 로드하는 태그를 만나면 DOM 생성을 일시 중단하고 CSS파일을 파싱한다. 그 후 CSS 파싱이 완료되면 다시 HTML 파싱이 중단된 시점부터 DOM 생성을 재개한다. CSSOM은 CSS 상속을 관계를 반영하여 생성된다.

 

렌더 트리 생성

브라우저 렌더링 엔진은 HTML, CSS파일을 파싱하여 각각 DOM과 CSSOM을 생성한다. 그리고 렌더링을 위해 DOM과 CSSOM을 결합하여 렌더 트리를 생성한다. 렌더 트리를 기반으로 브라우저 화면에 위치와 크기 등을 계산하고, 이를 페인팅한다. 

 

 

전체 과정을 플로우로 나타내면 다음과 같은 그림이다. 만약 자바스크립트에 의해서 노드가 추가되거나 브라우저 리사이징을 통해서 뷰포트 크기가 변경되면, 다시 레이아웃 계산을 하고 리페인팅한다. 따라서 레이아웃 계산 및 페인팅은 여러번 실행될 수 있다. 이러한 레이아웃 계산 & 페인팅을 다시 실행하는 것은 성능에 악영향을 줄 수 있기 때문에 가급적 빈번하게 발생하지 않도록 주의해야할 필요가 있다.

 

자바스크립트 파싱과 실행

브라우저 렌더링 엔진은 DOM을 생성하다가 자바스크립트 파일을 로드하는 script 태그를 만나면 DOM 생성을 일시 중단하고 자바스크립트 코드를 파싱하기 위해 자바스크립트 엔진에 제어권을 넘긴다. 자바스크립트 엔진은 자바스크립트 코드를 파싱하여 AST를 생성하고, AST 기반으로 인터프리터가 실행할 수 있는 바이트코드를 생성하여 실행한다.

 

자바스크립트에서는 DOM API를 사용하여 DOM을 동적으로 조작할 수 있다. 자바스크립트가 DOM을 조작하면 브라우저 렌더링 엔진은 다시 레이아웃을 계산하고 리페인팅 한다.

브라우저의 렌더링 과정 순서 정리

• 1. 브라우저는 서버로부터 렌더링에 필요한 리소스를 요청하고 html, css, javascript, image, fort 파일 등 응답을 받는다.
  2. 브라우저의 렌더링 엔진은 서버로부터 응답된 html과 css를 파싱하여 dom과 cssdom을 생성하고 이들을 결합하여 렌더 트리를 생성한다.
  3. 브라우저의 자바스크립트 엔진은 서버로부터 응답된 자바스크립트를 파싱하여 AST를 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)를 계산하고 브라우저 화면에 HTML 요소를 페인팅한다.

브라우저의 렌더링 과정 비교

단계	주체	결과	특징
HTML 파싱	브라우저 렌더링 엔진	DOM
CSS 파싱	브라우저 렌더링 엔진	CSSOM
HTML 파싱 &  CSS 파싱	브라우저 렌더링 엔진	렌더트리	렌더 트리 생성 후 레이아웃을 계산하여 페인팅한다.
자바스크립트 파싱	자바스크립트 엔진	AST & 바이트코드	DOM API로 DOM을 동적으로 조작한다.

 

HTML 파싱 중단에 대하여

 

 

위에서 설명했듯이, 브라우저의 렌더링 엔진이 html 파일을 파싱하는 도중에 외부 리소스를 로드하는 태그 (css 파일 로드하는 link 태그, 이미지 파일을 로드하는 img 태그, 자바스크립트를 로드하는 script tag)등을 만나면 파싱을 일시 중단하고 해당 리소스 파일을 서버로 요청한다. 자바스크립트 파싱을 위해 DOM 생성이 블라킹되는 문제를 해결하기 위해서 async, defer 어트리뷰트를 사용할 수 있다.

 

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

• async를 사용하면 자바스크립트 파일이 로드되는 동안 HTML 파싱이 동시에 되고, 자바스크립트 파싱과 실행은 파일 로드가 완료된 직후 진행되며, 이때 HTML 파싱은 중단된다.
• defer은 자바스크립트 파일이 로드되는 동안 HTML 파싱이 동시에 된다는 점에서 async와 유사하지만, HTML 파싱이 끝난 뒤에 자바스크립트를 실행한다. 따라서 DOM 생성 이후 실행되어야 하는 자바스크립트에 유용하다.

 

참고

- https://viethung.space/blog/2020/10/24/Browser-from-Scratch-HTML-parsing/ 

- https://dev.to/saurabhdaware/html-parsing-and-rendering-here-s-what-happens-when-you-type-url-and-press-enter-3b2o

- 모던 자바스크립트 Deep Dive 38장