DeepDive - 38장. 브라우저 렌더링 과정(HTTP)

- 대부분의 프로그래밍 언어는 운영체제나 가상 머신 위에서 실행되지만, 웹 애플리케이션의 클라이언트 사이드 자바스크립트는 브라우저에서 HTML, CSS와 함께 실행된다.

 

* 파싱

- 프로그래밍 언어의 문법에 맞게 작성된 텍스트 문서를 읽어 들여 실행하기 위해 텍스트 문서의 문자열을 토큰으로 분해하고, 토큰에 문법적 의미와 구조를 반영하여 트리 구조의 자료구조인 파스 트리를 생성하는 일련의 과정

- 파싱이 완료된 이후에는 파스 트리를 기반으로 중간 언어인 바이트 코드를 생성하고 실행한다.

 

* 렌더링

- 렌더링은 HTML, CSS, 자바스크립트로 작성된 문서를 파싱하여 브라우저에 시각적으로 출력하는 것.

 

* 브라우저 렌더링 과정

브라우저의 렌더링 과정

1. 브라우저는 HTML, CSS, 자바스크립트, 이미지, 폰트 파일 등 렌더링에 필요한 리소스를 요청하고 서버로부터 응답을 받는다.

2. 브라우저의 렌더링 엔진은 서버로부터 응답된 HTML과 CSS를 파싱하여 DOM과 CSSOM을 생성하고 이들을 결합하여 렌더 트리를 생성한다.

3. 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.

4. 렌더 트리를 기반으로 HTML 요소의 레이아웃(위치와 크기)을 계산하고 브라우저 화면에 HTML 요소를 페인팅 한다.

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38.1 요청과 응답

- 렌더링에 필요한 리소스는 모두 서버에 존재하므로 필요한 리소스를 서버에 요청하고 서버가 응답한 리소스를 파싱하여 렌더링한다.

- 서버에 요청을 전송하기 위해 브라우저는 주소창을 제공한다.

- 브라우저 주소창에 URL을 입력하고 엔터 키를 누르면 URL의 호스트 이름이 DNS를 통해 IP 주소로 변환되고 IP 주소를 갖는 서버에게 요청을 전송한다.

 

- https://poiemaweb.com을 입력하고 엔터키를 누르면 루트 요청(/, 스킴과 호스트 만으로 구성된 URL에 의한 요청)이 poiemaweb 서버로 전송된다.

- 루트 요청에는 명확한 리소스를 요청하는 내용이 없지만, 일반적으로 서버는 루트 요청에 대해 암묵적으로 index.html을 응답하도록 설정되어 있음.

- 즉, https://poiemaweb.com은 https://poiemaweb.com/index.html과 같은 요청임.

- 브라우저의 주소창 외에도 자바스크립트를 통해 정적/동적 데이터를 요청할 수도 있다.(ajax, REST API 참조)

 

- 실제로 https://poiemaweb.com을 입력하고 개발자 도구의 newtwork 패널을 확인해보면, index.html 뿐만 아니라 CSS, 자바스크립트, 이미지, 폰트 파일들도 응답된 것을 확인할 수 있다.

- 이는 브라우저의 렌더링 엔진이 HTML(index.html)을 파싱하는 도중에 외부 리소스를 로드하는 태그를 만나면 HTML 파싱을 일시 중단하고 해당 리소스 파일을 서버로 요청하기 때문이다.

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38.2 HTTP 1.1과 HTTP 2.0

 

- HTTP는 웹에서 브라우저와 서버가 통신하기 위한 프로토콜(규약)이다.

 

* HTTP/ 1.1

- HTTP/ 1.1은 기본적으로 커넥션당 하나의 요청과 응답만 처리한다.

- 즉, 여러 개의 요청을 한 번에 전송할 수 없고 응답 또한 마찬가지다.

- 따라서, link 태그, img 태그, script 태그 등에 의한 리소스 요청이 개별적으로 전송되고 응답 또한 개별적으로 전송된다.

- 요청할 리소스의 개수에 비례하여 응답시간이 증가한다는 단점이 있다.

 

* HTTP/ 2

- 커넥션당 여러 개의 요청과 응답, 즉 다중 요청/응답이 가능하다.

- HTTP/ 1.1에 비해 페이지 로드 속도가 약 50% 정도 빠르다고 알려져 있다.

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38.3 HTML 파싱과 DOM 생성

- 서버가 응답한 HTML 문서는 문자열로 이루어진 순수한 텍스트다.

- 브라우저에 시각적인 픽셀로 렌더링하려면 HTML 문서를 브라우저가 이해할 수 있는 자료구조(객체)로 변환하여 메모리에 저장해야 한다.

- 브라우저의 렌더링 엔진은 응답받은 HTML 문서를 파싱하여 브라우저가 이해할 수 있는 자료구조인 DOM(Document Object Model)을 생성한다.

1. 서버는 요청받은 HTML 파일을 읽어 들여 메모리에 저장한 다음 메모리에 저장된 바이트(2진수)를 인터넷을 경유하여 응답한다.

2. 브라우저는 서버가 응답한 HTML 문서를 바이트(2진수) 형태로 응답 받고, HTML 문서는 meta 태그의 charset 어트리뷰트에 의해 지정된 인코딩 방식(예: UTF-8)을 기준으로 문자열로 변환된다.

3. 문자열로 변환된 HTML 문서를 읽어 들여 문법적 의미를 갖는 코드의 최소 단위인 토큰들로 분해한다.

4. 각 토큰들을 객체로 변환하여 노드를 생성한다.

5. HTML 문서는 HTML 요소들의 집합으로 이루어지며 HTML 요소는 중첩 관계를 갖는다. 이러한 중접관계를 반영하여 모든 노드들을 트리 자료 구조로 구성한다. 이 노드들로 구성된 트리 자료구조를 DOM 이라 부른다.

 

즉, DOM은 HTML 문서를 파싱한 결과물이다.

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38.4 CSS 파싱과 CSSOM 생성

- 브라우저의 렌더링 엔진은 HTML을 처음부터 한 줄씩 순차적으로 파싱하여 DOM을 생성한다.

- DOM 생성 과정 중에 CSS를 로드하는 link 태그나 style 태그를 만나면 DOM 생성을 일시 중단한다.

- link 태그의 href 어트리뷰트에 지정된 CSS 파일을 서버에 요청하여 로드한 CSS 파일이나 stlye 태그 내의 CSS를 HTML과 동일한 파싱 과정(바이트-> 문자 -> 토큰 -> 노드 -> CSSOM)을 거쳐서 CSSOM(CSS Object Model)을 생성한다.

- CSS 파싱을 완료하면 HTML 파싱이 중단된 지점부터 다시 HTML을 파싱하기 시작하여 DOM 생성을 재개한다.

- CSSOM은 CSS의 상속을 반영하여 생성된다.

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38.5 렌더 트리 생성

- 렌더링 엔진은 서버로부터 응답된 HTML과 CSS를 파싱하여 각각 DOM과 CSSOM을 생성하고 DOM과 CSSOM은 렌더링을 위해 렌더 트리로 결합된다.

- 렌더 트리 : 렌더링을 위한 트리 구조의 자료 구조이며 브라우저 화면에 렌더링되는 노드만으로 구성된다.

- 렌더 트리에는 브라우저 화면에 렌더링 되지 않는 노드(예: meta, script 태그 등)와 CSS에 의해 비표시(예: display :none)되는 노드들은 포함되지 않는다.

 

- 완성된 렌더 트리는 각 HTML 요소의 레이아웃(위치와 크기)을 계산하는 데 사용되며 브라우저 화면에 픽셀을 렌더링하는 페인팅 처리에 입력된다.

* 다음과 같은 경우 반복해서 레이아웃 계산과 페인팅이 재차 실행된다.

- 자바스크립트에 의한 노드 추가 또는 삭제

- 브라우저 창의 리사이징에 의한 뷰표트 크기 변경

- HTML 요소의 레이아웃(위치, 크기)에 변경을 발생시키는 width/height, margin, padding, display, position, top/right/bottom/left 등의 스타일 변경

 

- 위와 같이 레이아웃 계산과 페인팅을 다시 실행하는 리렌더링은 성능에 악영향을 주는 작업이기 때문에 주의할 필요가 있음.

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38.6 자바스크립트 파싱과 실행

- HTML을 한 줄씩 순차적으로 파싱하며 DOM을 생성해 나가다가 자바스크립트 파일을 로드하는 script 태그나 자바스크립트 코드를 콘텐츠로 담은 script 태그를 만나면 DOM 생성을 일시 중단하고 자바스크립트 파일이나 코드를 파싱하기 위해 자바스크립트 엔진에게 제어권을 넘겨준다.

- 즉, 자바스크립트 파싱과 실행은 브라우저의 렌더링 엔진이 아닌 자바스크립트 엔진이 처리한다.

- 자바스크립트 엔진은 자바스크립트 코드를 CPU가 이해할 수 있는 저수준 언어로 변환하고 실행하는 역할을 한다.

- 구글 크롬과 Node.js의 V8, 파이어폭스의 SpiderMonkey, 사파리의 JavaScriptCore 등 다양한 종류가 있다.

- 자바스크립트 엔진은 자바스크립트를 해석하여 AST(추상적 구문 트리)를 생성하고 이를 기반으로 인터프리터가 실행할 수 있는 중간 코드인 바이트 코드를 생성하여 실행한다.

* 토크나이징 : 단순한 문자열인 자바스크립트 소스코드를 어휘 분석하여 문법적 의미를 갖는 코드의 최소 단위인 토큰들로 분해

* 파싱 : 토큰들의 집합을 구문분석하여 AST(추상적 구문트리)를 생성한다.

* AST(추상적 구문트리) : 토큰에 문법적 의미와 구조를 반영한 트리 구조의 자료 구조다.

* 바이트코드 생성과 실행 : 파싱의 결과물로서 생성된 AST는 인터프리터가 실행할 수 있는 중간 코드인 바이트코드로 변환되고 인터프리터에 의해 실행된다.

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38.7 리플로우와 리페인트

- 자바스크립트 코드에 DOM이나 CSSOM을 변경하는 DOM API가 사용되면 DOM이나 CSSOM이 변경되고, 변경된 DOM과 CSSOM은 다시 렌더 트리로 결합되고 변경된 렌더 트리 기반으로 레이아웃과 페인트 과정을 거쳐 브라우저 화면에 다시 렌더링된다.

- 이를 리플로우, 리페인트라 한다.

 

- 리플로우 : 레이아웃 계산을 다시 하는 것을 말하며, 노드 추가/삭제, 요소의 크기/위치 변경, 윈도우 리사이징 등 레이아웃에 영향을 주는 변경이 발생한 경우에 한하여 실행된다.

- 리페인트 : 재결합된 렌더 트리를 기반으로 다시 페인트를 하는 것을 말한다.

- 레이아웃에 영향이 없는 변경은 리플로우 없이 리페인트만 실행된다.

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38.8 자바스크립트 파싱에 의한 HTML 파싱 중단

- 브라우저는 동기적으로, 즉 위에서 아래 방향으로 순차적으로 HTML, CSS, 자바스크립트를 파싱하고 실행하기 때문에, script 태그의 위치는 중요하다.

- 따라서, DOM이 생성되기 전에 자바스크립트 코드에서 DOM API를 사용한다면 정상적으로 동작하지 않는다.

- 위 예제에서 DOM이 생성되기 전에 "apple"이라는 id를 가진 요소에 접근하기 때문에 에러가 발생한다.

- 따라서, body 요소의 가장 아래에 자바스크립트를 위치시키는 것은 좋은 아이디어다.

   - DOM이 완성되지 않은 상태에서 자바스크립트가 DOM을 조작하면 에러가 발생한다.

   - 자바스크립트 로딩/파싱/실행으로 인해 HTML 요소들의 렌더링에 지장받는 일이 발생하지 않아 페이지 로딩 시간이 단축된다.

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38.9 script 태그의 async/defer 어트리뷰트

- 자바스크립트 파싱에 의한 DOM 생성 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.(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 진행되지만, 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, 이때 HTML 파싱이 중단된다.

- 여러 개의 script 태그에 async 어트리뷰트를 지정하면 script 태그의 순서와는 상관없이 로드가 완료된 자바스크립트부터 먼저 실행되므로 순서가 보장되지는 않는다.

 

* defer 어트리뷰트

- HTML 파싱과 외부 자바스크립트 파일의 로드가 비동기적으로 동시에 진행된다.

- 단, 자바스크립트의 파싱과 실행은 HTML 파싱이 완료된 직후, 즉 DOM 생성이 완료된 직후(이때 DOMContentLoaded 이벤트가 발생한다) 진행된다.

- 즉, DOM 생성이 완료된 이후 실행되어야 할 자바스크립트에 유용하다.

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이웅모 님의〔 모던 자바스크립트 Deep Dive 〕책을 공부하며 정리했습니다.