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。