브라우저 동작방식 - accidentlywoo/legacyVue GitHub Wiki

브라우저 동작방식

https://d2.naver.com/helloworld/59361

이 글에서 설명하는 브라우저

파이어폭스, 크롬, 사파리와 같은 오픈소스 브라우저를 예로 든것.

브라우저의 주요 기능

브라우저의 주요 기능은 사용자가 선택한 자원을 서버에 요청하고 브라우저에 표시하는 것이다. 자원은 보통 HTML문서이지만 PDF나 이미지 또는 다른 형태일 수 있다. 자원의 주소는 URI(Uniform Resource Identifier)에 의해 정해진다.

브라우저는 HTML과 CSS 명세에 따라 HTML파일을 해석해서 표시하는데 이 명세는 웹 표준화 기구인 W3C(World Wide Web Consortium)에서 정한다. 과거에는 브라우저들이 일부만 이 명세에 따라 구현하고 독자적인 방법으로 확장함으로써 웹 제작자가 심각한 호환성 문제를 겪었지만, 최근에는 대부분의 브라우저가 표준 명세를 따른다.

브라우저의 사용자 인터페이스는 다음과 같은 요소들이 일반적이다.

  • URI를 입력할 수 있는 주소 표시 줄
  • 이전 버튼과 다음 버튼
  • 북마크
  • 새로 고침 버튼과 현재 문서의 로드를 중단할 수 있느 정지 버튼
  • 홈 버튼

브라우저의 기본 구조

  1. 사용자 인터페이스 - 요청 페이지를 보여주는 창을 제외한 나머지 부분
  2. 브라우저 엔진 - 사용자 인터페이스와 렌더링 엔진 사이의 동작을 제어
  3. 렌더링 엔진 - 요청한 콘텐츠를 표시.
  4. 통신 - HTTP요청과 같은 네트워크 호툴에 사용됨. 이것은 플랫폼 독립적인 인터페이스이고 각 플랫폼 하부에서 실행됨.
  5. UI 백엔드 - 콤보 박스와 창 같은 기본적인 장치를 그림.플랫폼에서 명시하지 않은 일반적인 인터페이스로서,OS사용자 인테페이스 체계를 사용.
  6. 자바스크립트 해석기 - 자바스크립트 코드를 해석하고 실행.
  7. 자료 저장소 - 이 부분은 자료를 저장하는 계층이다. 쿠키를 저장하는 것과 같이 모든 종류의 자원을 하드 디스크에 저장할 필요가 있다.HTML5 명세에는 브라우저가 지원하는 '웹 데이터 베이스'가 정의되어 있다.
  • 크롬은 대부분의 브라우저와 달리 각 탭마다 별도의 렌더링 엔진 인스턴스를 유지하는 것이 주목할만하다. 각 탭은 독립된 프로세스로 처리된다.

렌더링 엔진

렌더링 엔진의 역할은 요청 받은 내용을 브라우저 화면에 표시하는 일이다.

렌더링 엔진은 HTML및 XML문서와 이미지를 표시할 수 있다. 물론 플러그인이나 브라우저 확장 기능을 이용해 PDF와 같은 다른 유형도 표시할 수 있다. 그러나 이장에서는 HTML과 이미지를 CSS로 표시하는 주된 사용 패턴에 초점을 맞출 것이다.

렌더링 엔진들

이 글에서 다루는 브라우저인 파이어폭스와 크롬, 사파리는 두 종류의 렌더링 엔진으로 제작되었다. 파이어폭스는 모질라에서 직접 만든 게코(Gecko)엔진을 사용하고 사파리와 크롬은 웹킷(Webkit)엔진을 사용한다.

웹킷은 최초 리눅스 플랫폼에서 동작하기 위해 제작된 오픈소스 엔진인데 애플이 맥과 윈도우즈에서 사파리 브라우저를 지원하기 위해 수정을 가했다.

http://webkit.org/

동작 과정

렌더링 엔진은 통신으로부터 요청한 문서의 내용을 얻는 것으로 시작하는데 문서의 내용은 보통 8KB 단위로 전송된다.

렌더링 엔진은 HTML문서를 파싱하고 "콘텐츠 트리"내부에서 태그를 DOM노드로 변환한다. 그 다움 외부 CSS파일과 함께 포함된 스타일 요소도 파싱한다.

렌더 트리는 색상 또는 면적과 같은 시각적 속성이 있는 사각형을 포함하고 있는데 정해진 순서대로 화면에 표시된다.

일련의 과정들이 점진적으로 진행된다는 것을 아는 것이 중요하다. 렌더링 엔진은 좀 더 나은 사용자 경험을 위해 가능하면 빠르게 내용을 표시하는데 모든 HTML을 파싱할 때까지 기다리지 않고 배치와 그리기 과정을 시작한다. 네트워크로부터 나머지 내용이 전송되시를 기다리는 동시에 내용의 일부를 먼저 화면에 표시하는 것이다.

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  • 웹킷 동작 과정

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  • 모질라의 게코 렌더링 엔진 동작 과정

게코는 시각적으로 처리되는 렌터 트리를"형상 트리(frame tree)"라고 부르고 각 요소를 형상(frame)이라고 하는데 웹킷은 "렌터 객체(render object)"로 구성되어 있는 "렌더 트리(render tree)"라는 용어를 사용한다. 웹킷은 요소를 배치하는데"배치(layout)"라는 용어를 사용하지만 게코는 "리플로(reflow)"라고 부른다. "attachment"는 웹깃이 렌더 트리를 생성하기 위해 DOM노드와 시각 정보를 연결하는 과정이다. 게코는 HTML과 DOM트리 사이에 "콘텐츠 싱크(content sink)"라고 부르는 과정을 두는데 이는 DOM 요소를 생성하는 공정으로 웹킷과 비교하여 의미있는 차이점으라고 보지는 않는다.

파싱과 DOM트리 구축

파싱 일반

문서 파싱은 브라우저가 코드를 이해하고 사용할 수 있는 구조로 변환하는 것을 의미한다. 파싱 결과는 보통 문서 구조를 나타내는 노드 트리인데 파싱 트리(parse tree)또는 문법 트리(syntax tree)라고 부른다.

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문법

파싱은 문서에 작성된 언어 또는 형식의 규칙에 따르는데 파싱할 수 있는 모든 형식은 정해진 용어와 구문 규칙에 따라야 한다. 이것을 문맥 자유 문법이라고 한다. 인간의 언어는 이런 모습과는 다르기 때문에 기계적으로 파싱이 불가능하다.

파서-어휘 분석기 조합

파싱은 어휘 분석과 구문 분석이라는 두 가지로 구분할 수 있다.

어휘 분석은 자료를 토큰으로 분해하는 과정이다. 토큰은 유효하게 구성된 단위의 집합체로 용어집이라고도 할 수 있는데 인간의 언어로 말하자면 사전에 등장하는 모든 단어에 해당된다.

구문 분석은 언어의 구문 규칙을 적용하는 과정이다.

파서는 보통 두 가지 일을 하는데 자료를 유효한 토큰으로 분해하는 어휘 분석기(토큰 변환기 라고도 부름)가 있고 언어 구문 규칙에 따라 문서 구조를 분석함으로써 파싱 트리를 생성하는 파서가 있다. 어휘 분석기는 공백과 줄 바꿈 같은 의미 없는 문자를 제거한다.

변환

파서 트리는 최종 결과물이 아니다. 파싱은 보통 문서를 다른 양식으로 변환하는데 컴파일이 하나의 예가 된다. 소스 코드를 기계 코드로 만드는 컴파일러는 파싱 트리 생성 후 이를 기계 코드 문서로 변환한다.

어휘와 구문에 대한 공식적인 정의

어휘는 보통 정규 표현식으로 표현한다.

INTEGER : 0|[1-9][0-9]*  
PLUS : +  
MINUS : -

구문은 보통 BNF라고 부르는 형식에 따라 정의한다.

expression := term operation term  
operation := PLUS | MINUS  
term := INTEGER | expression

문법이 문맥 자유 문법이라면 언어는 정규 파서로 파싱할 수 있다. 문맥 자유 문법을 쉽게 말하면 완전히 BNF로 표현 가능한 문법이다.

파서의 종류

파서는 기본적으로 하향식 파서와 상향식 파서가 있다. 하향식 파서는 구문의 상위 구조로부터 일치하는 부분을 찾기 시작하는데 반해 상향식 파서는 낮은 수준에서 점차 높은 수준으로 찾는다.

상향식 파서는 입력 값의 오른쪽으로 이동하면서(입력 값의 처음을 가리키는 포인터가 오른쪽으로 이동하는 것을 상상) 구문 규칙으로 갈수록 남는 것이 점차 감소하기 때문에 이동-감소 파서라고 부른다.

파서 자동 생성

파서를 생성해 줄 수 있는 도구를 파서 생성기라고 한다.언어에 어휘나 구문 규칙 같은 문법을 부여하면 동작하는 파서를 만들어 준다. 파서를 생성하는 것은 파싱에 대한 깊은 이해를 필요로 하고 수종으로 파서를 최적화하여 생성하는 것은 쉬운 일이 아니기 때문에 파서 생성기는 매우 유용하다.

HTML파서

HTML 파서는 HTML마크업을 파싱 트리로 변환한다.

모든 전통적인 파서는 HTML에 적용할 수 없다. 파싱은 CSS와 자바스크립트를 파싱하는데 사용된다. HTML은 파서가 요구하는 문맥 자유 문법에 의해 쉽게 정의할 수 없다.

XML과 HTML의 차이는 무엇일까?

HTML이 더 너그럽다는 점이다. HTML은 암묵적으로 태그에 대한 생략이 가능하다. 가끔 시작 또는 종료 태그 등을 생략한다. 전반적으로 뻣뻣하고 부담스러운 XML에 반하여 HTML은 유연한 문법이다.

HTML DTD

HTML의 정의는 DTD형식 안에 있는데 SGML계열 언어의 정의를 이용한 것이다. 이 형식은 허용되는 모든 요소와 그들의 속성 그리고 중첩 구조에 대한 정의를 포함한다. 앞서 말 한대로 HTML DTD는 문맥 자유 문법이 아니다.

DOM

파싱 트리는 DOM요소와 속성 노드의 트리로서 출력 트리가 된다. DOM은 문서 객체 모델(Document Object Model)의 준말이다. 이것은 HTML 문서의 객체 표현이고 외부를 향하는 자바스크립트와 같은 HTML요소의 연결 지점이다.

 <html>
  <body>
   <p>Hello World</p>
   <div><img src="example.png" /></div>
  </body>
</html>

파싱 알고리즘

HTML은 일반적인 하향식 또는 상향식 파서로 파싱이 안되는데 그 이유는 다음과 같다.

  1. 언어의 너그러운 속성.
  2. 잘 알려져 있는 HTML오류에 대한 브라우저의 관용
  3. 변경에 의한 재파싱, 일반적으로 소스는 파싱하는 동안 변하지 않지만 HTML에서 document.write을 포함하고 있는 스크립트 태그는 토큰을 추가할 수 있기 때문에 실제로 입력 과정에서 파싱이 수정된다.

일반적인 파싱 기술을 사용할 수 없기 때문에 브라우저는 HTML파싱을 위해 별도의 파서를 생성한다.

토큰화는 토큰을 인지해서 트리 생성자로 넘기고 다음 토큰을 확인하기 위해 다음 문자를 확인한다. 그리고 입력의 마지막까지 이 과정을 반복한다.

토큰화 알고리즘

알고리즘의 결과물은 HTML토큰이다. 알고리즘은 상태 기계(State Machine)라고 볼 수 있다. 각 상태는 하나 이상의 연속된 문자를 입력받아 이 문자에 따라 다음 상태를 갱신한다.그러나 결과는 현재의 토큰화 상태와 트리 구축 상태의 영향을 받는데. 이것은 같은 문자를 읽어 들여도 현재 상태에 따라 다음 상태의 결과가 다르게 나온다는 것을 의미한다.

 <html>
   <body>
      Hello world
   </body>
</html>

초기 상태는 자료 상태이다. '<'문자를 만나면 상태는 "태그 열림 상태"로 변한다. a부터 z까지의 문자를 만나면 "시작 태그 토큰"을 생성하고 상태는 "태그 이름 상태"로 변하는데 이 상태는 >문자를 만날 때까지 유지한다. 각 문자에는 새로운 토큰 이름이 붙는데 이 경우 생성된 토큰은 html토큰이다.

문자에 도달하면 현재 토큰이 발행되고 상태는 다시 "자료 상태"로 바뀐다. 태그는 동일한 절차에 따라 처리된다. 지금까지 html태그와 body태그를 발행했고 다시"자료 상태"로 돌아왔다.Hello World의 H문자를 만나면 문자 토큰이 생성되고 발행될 것이다. 이것은 종료 태그의<문자를 만날때까지 진행된다.Hello World의 각 문자를 위한 문자 토큰을 발행할 것이다.

다시 "태그 열림 상태"가 되었다. 문자는 종료 태그 토큰을 생성하고 "태그 이름 상태"로 변경 될 것이다. 이 상태는 >문자를 만날 때까지 유지된다. 그리고 새로운 태그 토큰이 발행되고 다시 "자료 상태"가 된다.

트리 구축 알고리즘

파서가 생성되면 문서 객체가 생성된다. 트리 구축이 진행되는 동안 문서 최상단에서는 DOM트리가 수정되고 요소가 추가된다.토큰화에 의해 발행된 각 노드는 트리 생성자에 의해 처리된다. 각 토큰을 위한 DOM요소의 명세는 정의되어 있다. DOM트리에 요소를 추가하는 것이 아니라면 열린 요소는 스택(임시 버퍼 저장소)에 추가된다.이 스택은 부정확한 중첩과 종료되지 않은 태그를 교정한다. 알고리즘은 상태 기계라고 설명할 수 있고 상태는 "삽입 모드"라고 부른다.

 <html>
   <body>
      Hello world
   </body>
</html>

트리 구축 단계의 입력 값은 토큰화 단계에서 만들어지는 일련의 토큰이다. 받은 html토큰은 "html이전" 모드가 되고 토큰은 이 모드에서 처리된다. 이것은 HTMLHtmlElement요소를 생성하고 문서 객체의 최상단에 추가된다.

상태는 "head 이전" 모드로 바뀌었고 "body" 토큰을 받았다."head"토큰이 없더라고 HTMLHeadElement는 묵시적으로 생성되어 트리에 추가될 것이다.

곧이어 "head안쪽"모드로 이동했고 다음은 "head다음"모드로 간다.body토큰이 처리 되었고 HTMLBodyElement가 생성되어 추가됐으며 "body 안쪽"모드가 되었다.

"Hello world"문자열의 문자 토큰을 받았다. 첫 번째 토큰이 생성되고 "본문"노드가 추가되면서 다른 문자들이 그 노드에 추가될 것이다.

body종료 토큰을 받으면 "body다음"모드가 된다. html종료 태그를 만나면 "body다음 다음" 모드로 바뀐다. 마지막 파일 토큰을 받으면 파싱을 종료한다.

파싱이 끝난 이후의 동작

이번 단계에서 브라우저는 문서와 상호작용할 수 있게 되고 문서 파싱 이후에 실행되어야하는 "지연"모드 스크립트를 파싱하기 시작한다. 문서 상태는"완료"가 되고"로드"이벤트가 발생한다. 보다 자세한 내용은 HTML5의 토큰화 랑고리즘과 트리 구축에서 볼 수 있다.

브라우저의 오류 처리

HTML페이지에서 "유효하지 않은 구문"이라는 오류를 본 적이 없을 것이다. 이는 브라우저가 모든 오류 구문을 교정하기 때문이다.

<html>  
   <mytag></mytag>
   <div>
     <p>
   </div>
   Really lousy HTML
   </p>
</html>

파서는 적어도 다음과 같은 오류를 처리해야 한다.

  1. 어떤 태그의 안쪽에 추가라여는 태그가 금지된 것일 때 일단 허용된 태그를 먼저 닫고 금지된 태그는 외부에 추가한다.
  2. 파서가 직접 요소를 추가해서는 안된다. 문서 제작자에 의해 뒤늦게 요소가 추가될 수 있고 생략 가능한 경우도 있다. HTML, HEAD, BODY, TBODY, TR, TD, LI 태그가 이런 경우에 해당한다.
  3. 인라인 요소 안쪽에 블록 요소가 있는 경우 부모 블록 요소를 만날 때까지 모든 인라인 태그를 닫는다.
  4. 이런 방법이 도움이 되지 않으면 태그를 추가하거나 무시할 수 있는 상태가 될 때까지 요소를 닫는다.

웹킷이 오류를 처리하는 예는 다음과 같다.


대신 어떤 사이트는
대신을 사용한다. 인터넷 익스플로러, 파이어폭스와 호환성을 갖기 위해 웹킷은 이것은
으로 간주란다.

if(t->isCloseTag(brTag) && m_document->inCompatMode()) {  
    reportError(MalformedBRError);
    t->beginTag = true;
}

if(m_inStrayTableContent && localName == tableTag)  
popBlock(tableTag);  

if(!m_currentFormElement) {  
    m_currentFormElement = new HTMLFormElement(formTag, m_document);
}

bool HTMLParser::allowNestedRedundantTag(const AtomicString& tagName)  
{
 
    unsigned i = 0;
    for (HTMLStackElem* curr = m_blockStack; 
        i < cMaxRedundantTagDepth && curr && curr->tagName == tagName;  
        curr = curr->next, i++) { }
    return i != cMaxRedundantTagDepth;
}

if (t->tagName == htmlTag || t->tagName == bodyTag )  
   return;

CSS 파싱

omment /[^]+([^/][^]*+)/ num [0-9]+|[0-9]"."[0-9]+ nonascii [\200-\377] nmstart [_a-z]|{nonascii}|{escape} nmchar [_a-z0-9-]|{nonascii}|{escape} name {nmchar}+ ident {nmstart}{nmchar}

"ident"는 클래스 이름처럼 식별자(identifier)를 줄인 것이다. "name"은 요소의 아이디("#"으로 참조하는)이다.

구문 문법은 BNF로 설명되어 있다.

Ruleset  
   : selector [ ',' S* selector ]*
       '{' S* declaration [ ';' S* declaration ]* '}' S*
   ;
Selector  
   : simple_selector [ combinator selector | S+ [ combinator? selector ]? ]?
   ;
simple_selector  
   : element_name [ HASH | class | attrib | pseudo ]*
   | [ HASH | class | attrib | pseudo ]+
   ;
Class  
   : '.' IDENT
   ;
element_name  
   : IDENT | '*'
   ;
Attrib  
   : '[' S* IDENT S* [ [ '=' | INCLUDES | DASHMATCH ] S*
       [ IDENT | STRING ] S* ] ']'
   ;
Pseudo  
   : ':' [ IDENT | FUNCTION S* [IDENT S*] ')' ]
   ;

div.error, a.error {  
   color: red;
   font-weight: bold;
}

Ruleset  
   : selector [ ',' S* selector ]*
       '{' S* declaration [ ';' S* declaration ]* '}' S*
   ;

웹킷 CSS파서

웹킷은 CSS문법 파일로부터 자동으로 파서를 생성하기 위해 플렉스와 바이슨 파서 생성기를 사용한다. 파서 소개에서 언급했던 것처럼 바이슨은 상향식 이동 감소 파서를 생성한다. 파이어폭스는 직접 작성한 하향식 파서를 사용한다. 두 경우 모두 각 CSS파일은 스타일 시트 객체로 파싱되고 각 객체는 CSS 규칙을 포함한다.CSS규칙 객체는 선택자와 선언 객체 그리고 CSS 문법과 일치하는 다른 객체를 포함한다.

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