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浏览器工作原理

2016-4-17 14:32| 投稿:

摘要: 这只是一个学习摘要!这只是一个学习摘要!这只是一个学习摘要!重要的事情说三遍,以下内容均来自网络,如有雷同,算我抄你的 :)“学习浏览器的内部工作原理将有助于您作出更明智的决策,并理解那些最佳开发实践的 ...

这只是一个学习摘要!这只是一个学习摘要!这只是一个学习摘要!重要的事情说三遍,以下内容均来自网络,如有雷同,算我抄你的 :)“学习浏览器的内部工作原理将有助于您作出更明智的决策,并理解那些最佳开发实践的个中缘由。” ---Paul Irish

简介

一、浏览器的主要功能

浏览器的主要功能就是向服务器发出请求,在浏览器窗口中展示您选择的网络资源。这里所说的资源一般是指 HTML 文档,也可以是 PDF、图片或其他的类型。资源的位置由用户使用 URI(统一资源标示符)指定。

浏览器解释并显示 HTML 文件的方式是在 HTML 和 CSS 规范中指定的。这些规范由网络标准化组织 W3C(万维网联盟)进行维护。

多年以来,各浏览器都没有完全遵从这些规范,同时还在开发自己独有的扩展程序,这给网络开发人员带来了严重的兼容性问题。如今,大多数的浏览器都是或多或少地遵从规范。

浏览器的用户界面有很多彼此相同的元素,其中包括:

  • 用来输入URL的地址栏;

  • 前进和后退按钮;

  • 书签设置选项;

  • 用于刷新和停止加载当前文档的刷新和停止按钮;

  • 用于返回主页的主页按钮。

奇怪的是,浏览器的用户界面并没有任何正式的规范,这是多年来的最佳实践自然发展以及彼此之间相互模仿的结果。HTML5 也没有定义浏览器必须具有的用户界面元素,但列出了一些通用的元素,例如地址栏、状态栏和工具栏等。当然,各浏览器也可以有自己独特的功能,比如 Firefox 的下载管理器。

二、浏览器的高层结构

浏览器的主要组件为:

1、 用户界面 - 包括地址栏、前进/后退按钮、书签菜单等。除了浏览器主窗口显示的您请求的页面外,其他显示的各个部分都属于用户界面。

2、 浏览器引擎 - 在用户界面和呈现引擎之间传送指令。

3、 呈现引擎 - 负责显示请求的内容。如果请求的内容是HTML,它就负责解析 HTML 和 CSS 内容,并将解析后的内容显示在屏幕上。

4、 网络 - 用于网络调用,比如 HTTP 请求。其接口与平台无关,并为所有平台提供底层实现。

5、 用户界面后端 - 用于绘制基本的窗口小部件,比如组合框和窗口。其公开了与平台无关的通用接口,而在底层使用操作系统的用户界面方法

6、 JavaScript 解释器 -用于解析和执行 JavaScript 代码。

7、 数据存储 -这是持久层。浏览器需要在硬盘上保存各种数据,例如 Cookie。新的 HTML 规范 (HTML5) 定义了“网络数据库”,这是一个完整(但是轻便)的浏览器内数据库。

图:浏览器的主要组件

值得注意的是,和大多数浏览器不同,Chrome 浏览器的每个标签页都分别对应一个呈现引擎实例。每个标签页都是一个独立的进程。

呈现引擎

呈现引擎的作用:在浏览器的屏幕上显示请求的内容

默认情况下,呈现引擎可显示 HTML 和 XML 文档与图片。通过插件(或浏览器扩展程序),还可以显示其他类型的内容;例如,使用 PDF 查看器插件就能显示 PDF 文档。但是在本章中,我们将集中介绍其主要用途:显示使用 CSS 格式化的 HTM L 内容和图片。

一、呈现引擎类型

本文所讨论的浏览器(Firefox、Chrome 浏览器和 Safari)是基于两种呈现引擎构建的。Firefox 使用的是 Gecko,这是 Mozilla 公司“自制”的呈现引擎。而 Safari 和 Chrome 浏览器使用的都是 WebKit。WebKit 是一种开放源代码呈现引擎,起初用于 Linux 平台,随后由 Apple 公司进行修改,从而支持苹果机和 Windows。

二、主流程

呈现引擎一开始会从网络层获取请求文档的内容,内容的大小一般限制在 8000 个块以内。

然后进行如下的基本流程:

图:呈现引擎的基本流程

呈现引擎将开始解析 HTML 文档,并将各标记逐个转化成“内容树”上的 DOM 节点。同时也会解析外部 CSS 文件以及样式元素中的样式数据。HTML 中这些带有视觉指令的样式信息将用于创建另一个树结构:呈现树。

呈现树包含多个带有视觉属性(如颜色和尺寸)的矩形。这些矩形的排列顺序就是它们将在屏幕上显示的顺序。

呈现树构建完毕之后,进入“布局”处理阶段,也就是为每个节点分配一个应出现在屏幕上的确切坐标。下一个阶段是绘制 - 呈现引擎会遍历呈现树,由用户界面后端层将每个节点绘制出来。

需要着重指出的是,这是一个渐进的过程。为达到更好的用户体验,呈现引擎会力求尽快将内容显示在屏幕上。它不必等到整个 HTML 文档解析完毕之后,就会开始构建呈现树和设置布局。在不断接收和处理来自网络的其余内容的同时,呈现引擎会将部分内容解析并显示出来。

三、主流程示例

图:webkit主流程

图:Mozilla的呈现引擎Gecko主流程

从上图中可以看出,虽然 WebKit 和 Gecko 使用的术语略有不同,但整体流程是基本相同的。Gecko 将视觉格式化元素组成的树称为“框架树”。每个元素都是一个框架。WebKit 使用的术语是“呈现树”,它由“呈现对象”组成。对于元素的放置,WebKit 使用的术语是“布局”,而 Gecko 称之为“重排”。对于连接 DOM 节点和可视化信息从而创建呈现树的过程,WebKit 使用的术语是“附加”。有一个细微的非语义差别,就是 Gecko 在 HTML 与 DOM 树之间还有一个称为“内容槽”的层,用于生成 DOM 元素。我们会逐一论述流程中的每一部分:

HTML解析

一、解析综述

解析式呈现引擎中非常重要的一个环节。解析文档是指将文档转化成为有意义的结构,也就是可让代码理解和使用的结构。解析得到的结果通常是代表了文档结构的节点树,它称作解析树或者语法树。

语法

解析是以文档所遵循的语法规则(编写文档所用的语言或格式)为基础的。所有可以解析的格式都必须对应确定的语法(由词汇和语法规则构成)。这称为与上下文无关的语法。

解析器和词法分析器

解析的过程可以分成两个子过程:词法分析和语法分析。

词法分析是将输入内容分割成大量标记的过程。标记是语言中的词汇,即构成内容的单位。

语法分析是应用语言的语法规则的过程。

解析器通常将解析工作分给以下两个组件来处理:词法分析器(有时也称为标记生成器),负责将输入内容分解成一个个有效标记;而解析器负责根据语言的语法规则分析文档的结构,从而构建解析树。词法分析器知道如何将无关的字符(比如空格和换行符)分离出来。

解析是一个迭代的过程。通常,解析器会向词法分析器请求一个新标记,并尝试将其与某条语法规则进行匹配。如果发现了匹配规则,解析器会将一个对应于该标记的节点添加到解析树中,然后继续请求下一个标记。

如果没有规则可以匹配,解析器就会将标记存储到内部,并继续请求标记,直至找到可与所有内部存储的标记匹配的规则。如果找不到任何匹配规则,解析器就会引发一个异常。这意味着文档无效,包含语法错误。

翻译

很多时候,解析树还不是最终产品。解析通常是在翻译过程中使用的,而翻译是指将输入文档转换成另一种格式。编译就是这样一个例子。编译器可将源代码编译成机器代码,具体过程是首先将源代码解析成解析树,然后将解析树翻译成机器代码文档。

解析器类型

有两种基本类型的解析器:自上而下解析器和自下而上解析器。直观地来说,自上而下的解析器从语法的高层结构出发,尝试从中找到匹配的结构。而自下而上的解析器从低层规则出发,将输入内容逐步转化为语法规则,直至满足高层规则。

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