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WebKit的结构与解构

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原文地址：http://blog.sina.com.cn/s/blog_46d0a3930100d5pt.html

WebKit的结构与解构

从指定一个HTML文本文件，到绘制出一幅布局复杂，字体多样，内含图片音频视频等等多媒体内容的网页，这是一个复杂的过程。在这个过程中Webkit所做的一切，都是围绕DOM Tree和Rendering Tree这两个核心。上一章我们谈到这两棵树各自的功用，这一章，我们借一个简单的HTML文件，展示一下DOM Tree和Rendering Tree的具体构成，同时解剖一下Webkit是如何构造这两棵树的。

Figure 1. From HTML to webpage, and the underlying DOM tree and rendering tree.
Courtesy http://farm4.static.flickr.com/3351/3556972420_23a30366c2_o.jpg

1. DOM Tree 与 Rendering Tree 的结构

Figure 1中左上是一个简单的HTML文本文件，右上是Webkit rendering engine绘制出来的页面。页面的内容包括一个标题，“AI”，一行正文，“Ape's Intelligence”，以及一幅照片。整个页面分成前后两个层面，标题和正文绘制在前一个层面，照片处于后一个层面。L君和我亦步亦趋地跟踪了，从解析这个HTML文本文件，到生成DOM Tree和Rendering Tree的整个流程，目的是为了了解DOM Tree和Rendering Tree的具体成份，以及构造的各个步骤。

先说Figure 1中左下角的DOM Tree。基本上HTML文本文件中每个tag，在webkit/webcore/html中都有一个class与之对应。譬如<HTML> tag 对应HTMLHtmlElement，<HEAD> tag 对应HTMLHeadElement，<STYLE> tag 对应HTMLStyleElement 等等。比较特别的是DOM Tree的根节点，HTMLDocument，在HTML文本文件中没有哪个tag与之对应。关于HTMLDocument的作用，我们稍后介绍。整个 DOM Tree的结构，与HTML文本文件中各个tags的嵌套关系也一一对应。一言以蔽之，DOM Tree就是把HTML文本文件翻译成object树状结构。

需要强调的是，DOM Tree是一个通用数据结构，任何XML文本文件都可以翻译成DOM Tree，而不仅仅限于HTML文本文件。webkit/webcore/html 中林林总总html classes，基本上都是webkit/webcore/dom 中的某个class的子类，也就是说，/html 是 /dom的一个特例。这样的设计，为将来把Webkit拓展到HTML格式以外的页面的布局和渲染，埋下了伏笔。所以严格地讲，Figure 1中左下的DOM Tree，实际上是一个HTML DOM Tree。

再看Rendering Tree，显著的特点在于，

a. 整个Rendering Tree树状结构，与HTML DOM Tree树状结构一一对应。也就是说，几乎每个HTML DOM Tree中的节点，在Rendering Tree中都有对应的节点。节点与节点之间的父子或兄弟关系也一一对应。

例外的是，在HTML DOM Tree有HTMLStyleElement叶子节点，而在Rendering Tree中，没有相应的叶子节点。原因是，Rendering Tree各个节点，都涉及页面中某块区域的布局和渲染。而HTMLStyleElement，并不直接涉及某块区域的布局和渲染，HTML DOM Tree中HTMLStyleElement叶子节点包含的内容，已经融入Rendering Tree中RenderImage叶子节点的属性中去了。另外，因为Rendering Tree中不存在与HTMLStyleElement相应的叶子节点，所以，与HTMLHeadElement对应的节点也没有必要存在。

b. webkit/webcore/rendering中各个class与HTML tags并没有一一对应的关系。

Rendering Tree是一个通用的规划页面布局和渲染的机制，这个通用机制可以服务于HTML页面，但是并不仅仅限于为HTML页面服务，我们可以用 Rendering Tree来规划其它格式的页面的布局和渲染。以DOM Tree和Rendering Tree为核心的Webkit渲染机，是一个功能强大，扩展性良好的通用渲染机。它不仅可以用来绘制HTML页面，也可以用来渲染其它格式的页面，譬如可以用它来制作email阅读和管理器，制作数据库管理工具，甚至制作游戏界面。

稍微让人有点吃惊的是，对于 HTMLHtmlElement，HTMLBodyElement，HTMLHeadingElement和HTMLParagraphElement，在Rendering Tree中通通以RenderBlock呼应。如果说HTMLHeadingElement和HTMLParagraphElement的区别不大，仅仅是字体和对齐方式有些微小的差别，所以Rendering Tree可以用RenderBlock来统一应对。那么问题是，HTMLHtmlElement和HTMLBodyElement是两种容器，总是出现在 DOM Tree的中部，而从来不会作为叶子节点出现，对应于这样的容器节点，为什么Rendering Tree不另设一种class，与RenderBlock有所区别呢？不过话又说回来，这不是个大问题，最多是个美感的问题。

Figure 2. The construction sequence of the root of the DOM tree.
Courtesy http://farm4.static.flickr.com/3010/3554310018_e34d271344_o.jpg

2. DOM Tree 与 Rendering Tree 的根节点

前一节中我们提到HTMLDocument是一个比较特殊的class，它是整个HTML DOM Tree的根节点，但是不对应任何HTML tag。JavaScript中经常出现的document，指的就是这个根。例如，
“document.getElementByIdx(x).style.background="yellow";”

HTML文本文件，通常是以<HTML>开头，以</HTML>结尾。但是<HTML> tag并不对应DOM Tree的根节点，而是根以下的第一个子节点，即HTMLHtmlElement节点。

初看Figure 2 觉得有点意外，当用户在浏览器里打开一个空白页面的时候，立刻生成了DOM Tree的根节点HTMLDocument，与Rendering Tree的根节点RenderView。而这个时候，用户并没有给定URL，也就是说，对于浏览器来讲，这时候具体的HTML文本文件并不存在。根节点与具体HTML内容相脱节，或许暗示了Webkit的两个设计思路，

a. DOM Tree的根节点HTMLDocument，与Rendering Tree的根节点RenderView，可以重复利用。

当用户在同一个浏览器页面中，先后打开两个不同的URLs，也就是两个不同的HTML文本文时，HTMLDocument和RenderView两个根节点并没有发生改变，改变的是HTMLHtmlElement以下的子树，以及对应的Rendering Tree的子树。

为什么这样设计？原因是HTMLDocument和RenderView服从于浏览器页面的设置，譬如页面的大小和在整个屏幕中的位置等等。这些设置与页面中要显示什么的内容无关。同时HTMLDocument绑定HTMLTokenizer和HTMLParser，这两个构件也与某一个具体的HTML内容无关。

b. 同一个DOM Tree的根节点可以悬挂多个HTML子树，同一个Rendering Tree的根节点可以悬挂多个RenderBlock子树。

在我们目前所见到的浏览器中，每一个页面通常只显示一个HTML文件。虽然一个HTML文件可以分割成多个frames，每个frame承载一个独立的 HTML文件，但是从DOM Tree结构来讲，HTMLDocument根节点以下，只有一个子节点，这个子节点是HTMLHtmlElement，它领衔某个HTML文本文件对应的子树。Rendering Tree也一样，目前我们见到的网页中，一个RenderView根节点以下，也只有一个RenderBlock子节点。

但是Webkit的设计，却允许同一个根以下，悬挂多个HTML子树。虽然我们目前没有看到一个页面中，并存多个HTML文件，并存多个布局和渲染风格的情景，但是Webkit为将来的拓展留下了空间。前文中所设想的个性化，多皮肤，多视角的浏览器页面绘制，用Webkit实现起来难度不大。

Figure 3. The construction sequence of the DOM Tree and the Rendering Tree.
Courtesy http://farm4.static.flickr.com/3627/3554182242_b0bec88534_b.jpg

3. DOM Tree 与 Rendering Tree 的构筑

HTMLDocument 根节点包含的最重要的构件是HTMLTokenizer，而HTMLTokenizer又包含HTMLParser这个构件。HTMLTokenizer 从前到后读取HTML文本文件中每一个字符，并从中提取出各个HTML tags以及它们的内容。而HTMLParser不仅负责HTML DOM Tree的构筑，而且也同时负责Rendering Tree的构筑。

在Figure 3中，从第8步到第11步，HTMLParser根据一个HTML Tag生成一个HTML DOM Tree节点。从第12步到第17步，生成相应的Rendering Tree的节点，并把它和HTML DOM Tree的节点勾连在一起。这张图的细节过多，读解不容易。Figure 4把第8步到第17步演示了一下。

Figure 4. An illustration of the construction of a DOM tree node and its corresponding Rendering tree node.
Courtesy http://farm4.static.flickr.com/3306/3554259140_3deb9736ea_o.jpg

值得注意的是，每当HTMLParser生成一个DOM Tree的节点的时候，相应地，也同时生成一个Rendering Tree节点。然后把它们两个新节点勾连在一起。换而言之，Rendering Tree与DOM Tree同步生长。

Webkit 值得赞赏的地方非常多，但是HTMLParser让DOM Tree和Rendering Tree同步生长的做法，却值得商榷。如果同步生长，那么Rendering Tree必然平铺直叙地刻板地忠实于DOM Tree。假设先生成DOM Tree，再生成Rendering Tree，把两者割裂开，就有机会让Webkit发挥更加奇妙的布局和渲染。平铺直叙固然符合大多数人在大多数时间里的阅读习惯，但是离经叛道的设计，也会有市场。一个例子就是上一章末尾处那张多视点的地图。如果让DOM Tree与Rendering Tree同步生长，这样的布局和渲染是难以想像的。