[JS] 브라우저 렌더링 - 파싱, 렌더링, DOM, CSSOM, 렌더 트리, AST, HTTP 1.1 그리고 2.0

🎶 브라우저의 렌더링 과정에 대해 알아보자.

 

대부분의 프로그래밍 언어는 OS나 VM 위에서 실행되지만, 웹 애플리케이션의 클라이언트 사이드 자바스크립트는 브라우저에서 HTML, CSS와 함께 실행된다. 여기서, 브라우저가 HTML, CSS, 자바스크립트로 작성된 텍스트 문서를 어떻게 파싱하여 브라우저에 렌더링하는지 살펴보도록 하겠다.

 

파싱 - parsing

파싱은 프로그래밍 언어의 문법에 맞게 작성된 텍스트 문서를 읽어 들여 실행하기 위해 텍스트 문서의 문자열을 token으로 분해하고, 토큰에 문법적 의미와 구조를 반영하여 트리 구조의 자료구조인 파스 트리를 생성하는 일련의 과정을 말한다.

 

렌더링 - rendering

렌더링은 HTML, CSS, 자바스크립트로 작성된 문서를 파싱하여 브라우저에 시각적으로 출력하는 것을 말한다.

 

브라우저는 다음과 같은 과정을 거쳐 렌더링을 수행한다.

1. 브라우저는 HTML, CSS, 자바스크립트, 이미지, 폰트 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. 이 때, 자바스크립트는 DOM API를 통해 DOM이나 CSSOM을 변경할 수 있다. 변경된 DOM과 CSSOM은 다시 렌더 트리로 결합된다.
4. 렌더 트리를 기반으로 HTML 요소의 레이아웃을 계산하고 브라우저 화면에 HTML 요소를 페인팅한다.

 

1. 요청과 응답

브라우저의 핵심 기능은 필요한 리소스를 서버에 request하고, 서버로부터 response받아 브라우저에 시각적으로 렌더링하는 것이다. 렌더링에 필요한 리소스는 모두 서버에 존재하므로, 필요한 리소스를 서버에 요청하고 서버가 응답한 리소스를 파싱하여 렌더링하는 것이다.

 

서버에 요청을 전송하기 위해 브라우저는 주소창을 제공하는데, 브라우저의 주소창에 URL을 입력하면 URL의 호스트 이름이 DNS를 통해 IP 주소로 변환되고, 이 IP 주소를 갖는 서버에게 요청을 전송한다.

 

서버는 루트 요청에 대해 서버의 루트 폴더에 존재하는 정적 파일 index.html 을 클라이언트로 응답한다. index.html이 아닌 다른 정적 파일을 서버에 요청하려면 브라우저의 주소창에 요청할 정적 파일의 경로와 파일 이름을 URI의 호스트 뒤에 path에 기술하여 서버에 요청한다. 그러면, 서버는 루트 폴더의 assets/data 폴더 내에 있는 정적 파일 data.json을 응답한다.

(🎃 일반적으로 서버는 루트 요청에 대해 암묵적으로 index.html을 응답하도록 기본 설정돼 있다.)

 

2. HTTP 1.1과 HTTP 2.0

HTTP(HyperText Transfer Protocol)는 웹에서 브라우저와 서버가 통신하기 위한 프로토콜이다.

 

기본적으로 HTTP 1.1은 기본적으로 커넥션당 하나의 요청과 응답만 처리한다. 따라서, HTML 문서 내에 포함된 여러 개의 리소스 요청이 개별적으로 전송되고 응답 또한 개별적으로 전송된다. 즉, 리소스의 동시 전송이 불가능한 구조이므로 요청할 리소스의 개수에 비례해 응답 시간도 증가하는 단점이 있다.

 

HTTP 2.0은 커넥션당 여러 개의 요청과 응답이 가능하다. 따라서 HTTP 1.1 에 비해 페이지 로드 속도가 약 50% 정도 빠르다고 알려져 있다.

 

3. HTML 파싱과 DOM 생성

브라우저 요청에 의해 서버가 응답한 HTML 문서는 문자열로 이루어진 순수한 텍스트이다. 순수한 텍스트인 HTML 문서를 브라우저에 시각적인 픽셀로 렌더링하려면 HTML 문서를 브라우저가 이해할 수 있는 자료구조로 변환하여 메모리에 저장해야 한다.

 

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

1. 서버에 존재하던 HTML 파일이 브라우저의 요청에 의해 응답된다. 이 때 서버는 브라우저가 요청한 HTML 파일을 읽어 들여 메모리에 저장한 다음, 메모리에 저장된 바이트를 인터넷에 경유하여 응답한다.
2. 브라우저는 서버가 응답한 HTML 문서를 바이트 형태로 응답받는다. 그리고 응답된 바이트 형태의 HTML 문서는 meta 태그의 charset 어트리뷰트에 의해 지정된 인코딩 방식을 기준으로 문자열로 변환된다.
3. 문자열로 변환된 HTML 문서를 읽어들여 문법적 의미를 갖는 코드의 최소 단위인 token들로 분해한다.
4. 각 토큰들을 객체로 변환하여 node들을 생성한다. 토큰의 내용에 따라 문서 노드, 요소 노드, 어트리뷰트 노드, 텍스트 노드가 생성된다. 이 노드들은 이후 DOM을 구성하는 기본 요소가 된다.
5. HTML 문서는 HTML 요소들의 집합으로 이루어지며 HTML 요소는 중첩 관계를 갖는다. HTML 요소 간의 부자 관계를 반영하여 모든 노드들을 트리 자료구조로 구성한다. 이 노드들로 구성된 트리 자료구조를 DOM 이라고 부르는 것이다.

즉, DOM은 HTML 문서를 파싱한 결과물이라고 할 수 있다.

 

4. CSS 파싱과 CSSOM 생성

렌더링 엔진은 HTML을 처음부터 한 줄씩 순차적으로 파싱하여 DOM을 생성해 나간다. 이처럼 렌더링 엔진은 DOM을 생성해 나가다가 CSS를 로드하는 link 태크나 style 태그를 만나면 DOM 생성을 일시 중단한다.

 

그 후, link 태그의 href 어트리뷰트에 지정된 CSS 파일을 서버에 요청하여 로드한 CSS 파일이나 style 태그 내의 CSS를 HTML과 동일한 파싱 과정을 거치며 해석하여 CSSOM(CSS Object Model)을 생성한다.

 

바이트 -> 문자 -> 토큰 -> 노드 -> CSSOM

 

5. 렌더 트리 생성

렌더링 엔진은 서버로부터 응답된 HTML과 CSS를 파싱하여 각각 DOM과 CSSOM를 생성한다. 그리고, 이 DOM과 CSSOM은 렌더링을 위해 렌더 트리로 결합된다. 이 렌더 트리는 브라우저 화면에 렌더링되는 노드만으로 구성된다.

 

이후 완성된 렌더 트리는 각 HTML 요소의 레이아웃을 계산하는 데 사용되며 브라우저 화면에 픽셀을 렌더링하는 페인팅 처이에 입력된다.

 

6. AST

자바스크립트의 파싱과 실행은 브라우저의 렌더링 엔진이 아닌 자바스크립트의 엔진이 처리한다. 자바스크립트의 엔진은 자바스크립트 코드를 파싱하여 CPU가 이해할 수 있는 저수준 언어로 변환하고 실행하는 역할을 한다. 렌더링 엔진이 HTML과 CSS를 파싱하여 DOM과 CSSOM을 생성하듯이 자바스크립트 엔진은 자바스크립트를 해석하여 AST(추상적 구문 트리)를 생성한다. 그리고 AST를 기반으로 인터프리터가 실행할 수 있는 중간 코드인 바이트코드를 생성하여 실행한다.