从 Chrome 源码看浏览器如何 layout 布局

作者 | 李银城

假设有以下html/css:

这在浏览器上面将显示一个框:

为了画出这个框,首先要知道从哪里开始画、画多大,其次是边缘stroke的颜色,就可以把它画出来了:

上面是用Skia画的代码,Skia是一个跨平台的开源2D图形库,是Chrome/firefox/android采用的底层Paint引擎。

为了能够获取到具体的值,就得进行layout。什么叫layout?把css转化成维度位置等可直接用来描绘的信息的过程就叫layout,如下Chrome源码对layout的解释:

《从Chrome源码看浏览器如何计算CSS》这篇文章介绍了怎么把css转化成ComputedStyle,上面的div,它被转化后的style如下所示:

width的大小是50,类型是百分比,而margin值是0,类型是auto,这两种都不能直接用来画的。所以需要通过layout计算出具体的数字。

01、建立layout树

《从Chrome源码看浏览器如何构建DOM树》这篇文章介绍了如何html文本的过程。当解析完收到的html片段后,会触发Layout Tree的构建:

每个非display:none/content的Node结点都会相应地创建一个LayoutObject,如下blink源码的注释:

并建立起它们的父子兄弟关系:

形成一棵独立的layout树。

当layout树建立好之后,紧接着用style计算layout的值。

02、计算layout值

以上面的div为例,它需要计算它的宽度和margin。

(1)计算宽度

宽度的计算是根据数值的类型:

如上所示,如果是Fixed,则直接返回一个LayoutUnit封装的数据,1px = 1

如果是Percent百分比,则用百分比乘以最大值,而这个最大值是用容器传进来的宽度。

(2)计算margin值

上面的div的margin给它设置了margin: 0 auto,需要计算实际的数字。blink会检测两边是不是都为auto,如果是的话就认为是居中:

上面第8行用容器的宽度减掉本身的宽度,然后除以2就得到margin-left,接着用容器的宽度减掉本身的宽度和margin-left就得到margin-right。为什么margin-right还要再算一下,因为上面的代码是删减版的,它还有另外一种情况要处理,这里不是很重要,被我省掉了。

margin和width算好了,便把它放到layoutObject结点的盒模型数据结构里面:

(3)盒模型数据结构

在blink的源码注释里面,很形象地画出了盒模型图:

上面的盒模型耳熟能详,不太一样的是,它还把滚动条给画出来了。

这个盒模型border及其以内区域是用一个LayoutRect m_frameRect对象表示的:

上面源码注释说得很明白,意思是说这个LayoutRect的位置是从它本身的边到容器的边的距离,因此它的距离/位置包含了margin值和left/top的位移偏差。LayoutRect记录了一个盒子的位置和大小:

上面(1)和(2)计算好宽度后就去设置这个大小,保存起来。

可以在源码里面看到用这个对象对处理的一些获取宽度的方式,如clientWidth:

clientWidth是除去border和scrollbar的宽度。

而offsetWidth是frameRect的宽度——算上border和scrollbar:

Margin区域是用一个LayoutRectOutsets表示的,这个对象记录了margin的上下左右值:

上面已经分析宽高的计算,还差位置的计算。

(4)位置计算

位置计算就是要算出x和y或者说left和top的值,这两个值分别在下面两个函数计算得到:

用以下html做为例子:

我先把计算出来的结果打印出来,如下所示:

[LayoutBlockFlow.cpp(925)] location is: “190.25”, “0” size is “400.5”, “110” (div-1)

[LayoutBlockFlow.cpp(925)] location is: “115”, “115” size is “451”, “18” (div-3)

[LayoutBlockFlow.cpp(925)] location is: “50”, “160” size is “681”, “248” (div-2)

[LayoutBlockFlow.cpp(925)] location is: “8”, “8” size is “781”, “408” (body)

[LayoutBlockFlow.cpp(925)] location is: “0”, “0” size is “797”, “466” (html)

由于它是一个递归的过程,所以上面打印的顺序是由子元素到父元素的。以div-2为例算一下,它的x = 50, y = 160:因为div-1占据的空间为h = border * 2 + height = 5 * 2 + 100 = 110,并且div-2有一个margin-top = 50,所以div-2的y = 110 + 50 = 160.

对于div-3,由于div-2有一个80px的padding和20px的border,同时它自己本身有一个15px的margin,所以div-3的y = 50 + 20 + 15 = 115.

如果把行内元素也打印出来,那么结果是这样的:

[LayoutBlockFlowLine.cpp(1997)] inline location is: “0”, “0” size is “400.5”, “10” (div-1 content)

[LayoutBlockFlow.cpp(925)] location is: “190.25”, “0” size is “400.5”, “110”

[LayoutBlockFlowLine.cpp(1997)] inline location is: “0”, “115” size is “451”, “18” (div-3 text)

[LayoutBlockFlow.cpp(925)] location is: “115”, “115” size is “451”, “18”

…(后面一样)

第三行是div-3的文本节点创建的layoutObject,它的行高是18px,所以它的size高度是18px。

这里可以看到块级元素间的空白节点不会产生layoutObject,这在代码里面可以找到佐证:

上面代码第7行,如果Text结点含有非空白字符,则马上返回true,否则的话继续判断:

第二行——如果存在上一个相邻结点,并且这个结点不是行内元素则返回false,不创建layout对象。

所以在块级元素后面的空白文本结点将不会参与渲染,这个就解释了为什么块级元素后的换行不会被转换成一个空格。在源码里面还可以看到,块级元素内的开头空白字符将会被忽略:

这里有个问题,为什么它要递归地算,即先算子元素的再回过头来算父元素呢?因为有些属性必须得先知道子元素的才能知道父元素,例如父元素的高度是子元素撑起的,但是有些属性要先知道父元素的才能算子元素的,例如子元素的宽度是父元素的50%。所以在计算子元素之前会先把当前元素的layout计算一下,然后再传给子元素,子元素计算好之后会返回父元素是否需要重新layout,如下:

具体的计算过程,这里举一两个例子,例如计算left值时,会先取父元素的border-left和padding-left作为起始位置,然后再加上它自己的margin-left就得到它的x/left值。

我们知道浮动的规则比较复杂,所以相应的计算也比较复杂,我们简单研究一下。

(5)浮动

用以下三栏布局作为说明:

先来看宽度的计算,对于第一个float: left的div,首先它会先判断一下宽度是否需要fit content:

如果它是浮动的或者是inlne-block,则需要宽度适应内容。由于子元素是一个行内文本,它需要计算这个行内元素的宽度,计算的规则非常复杂,这里我把部分注释说明贴出来:

第二个浮动的div,它的子元素是一个p标签,并且它已经指定了宽度。它会去算子元素的宽度加上margin值的宽度,还要判断是否为浮动,循环所有子元素处理,取一个最大值。

再来看位置的计算,计算位置的代码还是能够稍微看出点苗头,例如对float: left的计算:

上面它会先判断当前行剩余空间是否小于浮动元素的宽度,如果是的话就一直往下挪。

通过上面的层层计算,就可以拿到位置坐标和具体大小,上面两个浮动的div最后计算的结果是:

[LayoutBlockFlow.cpp(1475)] location is: “0”, “0” size is “77.3281”, “18”

[LayoutBlockFlow.cpp(1475)] location is: “681”, “0” size is “100”, “16”

有了这些信息,结合颜色等style,就可进行Paint了。

03、Paint

Paint又是一块很块很复杂的东西,试图在一篇文章里面讲明layout都已经是一件不太可能的事情。

Paint的初始化会使用layout的数据,如下面的BoxPainter的构造函数:

Paint会调用最上面说的Skia的SkCanvas画:

这个SkCanvas和JS里面的canvas有什么联系和区别?

Blink JS里的canvas就是这个canvas,当在js里面获取canvas对象进行描绘时:

就会去获取SkCanvas实例。

所以不管是用html/css画,还是用canvas画,它们都是同宗同源的,区别就在于借助html/css比较直观简单,浏览器帮你进行layout。而直接用canvas就得从点线面一点一点地去画,但同时它的灵活度就比较大。

04、触发layout

什么时候会触发layout,上文的分析已经提及当html片段解析完会触发layout。在上一篇也有提及加载完css后也会触发layout,同时resize页面的时候也会触发layout。因为layout的计算是比较复杂的,所以应减少layout的次数。例如CSS要写在head标签里面,不然写在body里面,一旦遇到新的CSS又会重新layout。

第二个是获取clientWidth/scrollTop等维度信息时,普遍的说法是会触发layout用于获取值,但是在笔者的观察下并没有触发layout:

如下使用getComputedStyle或者获取clientWidth应该会触发layout:

但是无论是我打断点还是打log,都无法观察到layout的触发,而是直接去获取clientWidth的值:

不过,改变它的clientWidth的时候是一定会触发layout的:

在layout的函数里面打印的Log:

上面几行是重新计算CSS,下面几行是进行layout。

另外需要注意的是尽可能地减少layout的范围,如下的demo——当点击菜单按钮的时候把菜单给放出来:

上面为了图方便,给body添加了一个类,用这个类控制菜单的状态。但是这样会有很大的问题,因为给body添加了一个类导致它要重新计算style和layout,它一旦layout了,它的子元素也要跟着layout,也就是说整个页面都要重新layout。所以这个代价就很高了,我们应该缩小影响范围。因此,把show-menu的class加到直接相关的元素上面就好了。

至此,整一个页面渲染过程就介绍完毕了。我们从html -> CSS -> layout -> paint一步步分析了其中的过程,虽然介绍得不是很全面,但已经把核心的过程剖析了一遍。

由于写html/css很多东西都是不透明,完全不知道背后是怎么工作的,只能是看文档说这个标签是怎么用的,那个属性会有什么效果,然后在浏览器上面看效果,有点任浏览器宰割的感觉。

所以这个源码解读就是为了能够窥探浏览器背后工作原理,这样对写代码会有帮助,能够做到心中有数。当遇到一些比较困难的问题时,能够很快的找到解决方案或者解决的方向。

例如笔者就遇到一个奇芭的问题,就是使用height: calc(100% - 80px)的时候,在手机Safari上面展开某个子菜单时,偶现菜单滑不动的情况。当时就想很可能是在Safari在展开菜单时高度算错了,导致overflow: auto不管用。所以在展开菜单后再手手动计算和设置height,然后就解决问题了。

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