從Chrome源碼看瀏覽器如何layout布局
假設有以下html/css：
<div style="border:1px solid #000; width:50%; height: 100px; margin: 0 auto"></div>
這在瀏覽器上面將顯示一個框：
為了畫出這個框，首先要知道從哪里開始畫、畫多大，其次是邊緣stroke的顏色，就可以把它畫出來了：
void draw(SkCanvas* canvas) {
SkPaint paint;
paint.setStrokeWidth(1);
//從位置為(200, 200)的地方開始畫，寬度為400，高度為100
SkRect rect = SkRect::MakeXYWH(200, 200, 400, 100);
canvas->drawRect(rect, paint);
}
上面是用Skia畫的代碼，Skia是一個跨平臺的開源2D圖形庫，是Chrome/firefox/android采用的底層Paint引擎。
為了能夠獲取到具體的值，就得進行layout。什么叫layout？把css轉化成維度位置等可直接用來描繪的信息的過程就叫layout，如下Chrome源碼對layout的解釋：
// The purpose of the layout tree is to do layout (aka reflow) and store its
// results for painting and hit-testing. Layout is the process of sizing and
// positioning Nodes on the page.
《從Chrome源碼看瀏覽器如何計算CSS》這篇文章介紹了怎么把css轉化成ComputedStyle，上面的div，它被轉化后的style如下所示：
width的大小是50，類型是百分比，而margin值是0，類型是auto，這兩種都不能直接用來畫的。所以需要通過layout計算出具體的數字。
1. 建立layout樹
《從Chrome源碼看瀏覽器如何構建DOM樹》這篇文章介紹了如何html文本的過程。當解析完收到的html片段后，會觸發Layout Tree的構建：
void Document::finishedParsing() {
updateStyleAndLayoutTree();
}
每個非display:none/content的Node結點都會相應地創建一個LayoutObject，如下blink源碼的注釋：
// Also some Node don't have an associated LayoutObjects e.g. if display: none
// or display: contents is set.
并建立起它們的父子兄弟關系：
LayoutObject* newLayoutObject = m_node->createLayoutObject(style); parentLayoutObject->addChild(newLayoutObject, nextLayoutObject);
形成一棵獨立的layout樹。
當layout樹建立好之后，緊接著用style計算layout的值。
2. 計算layout值
以上面的div為例，它需要計算它的寬度和margin。
（1）計算寬度
寬度的計算是根據數值的類型：
switch (length.type()) {
case Fixed:
return LayoutUnit(length.value());
case Percent:
// Don't remove the extra cast to float. It is needed for rounding on
// 32-bit Intel machines that use the FPU stack.
return LayoutUnit(
static_cast<float>(maximumValue * length.percent() / 100.0f));
}
如上所示，如果是Fixed，則直接返回一個LayoutUnit封裝的數據，1px = 1 << 6 = 64 unit，這也是Blink存儲的精度。從這里可以看到，設置小數的px其實是有用的。
如果是Percent百分比，則用百分比乘以***值，而這個***值是用容器傳進來的寬度。
（2）計算margin值
上面的div的margin給它設置了margin: 0 auto，需要計算實際的數字。blink會檢測兩邊是不是都為auto，如果是的話就認為是居中：
// CSS 2.1: "If both 'margin-left' and 'margin-right' are 'auto', their used
// values are equal. This horizontally centers the element with respect to
// the edges of the containing block."
const ComputedStyle& containingBlockStyle = containingBlock->styleRef();
if (marginStartLength.isAuto() && marginEndLength.isAuto()) {
LayoutUnit centeredMarginBoxStart = std::max(
LayoutUnit(),
(availableWidth - childWidth) / 2);
marginStart = centeredMarginBoxStart;
marginEnd = availableWidth - childWidth - marginStart;
return;
}
上面第8行用容器的寬度減掉本身的寬度，然后除以2就得到margin-left，接著用容器的寬度減掉本身的寬度和margin-left就得到margin-right。為什么margin-right還要再算一下，因為上面的代碼是刪減版的，它還有另外一種情況要處理，這里不是很重要，被我省掉了。
margin和width算好了，便把它放到layoutObject結點的盒模型數據結構里面：
m_frameRect.setWidth(width);
m_marginBoxOutsets.setStart(marginLeft);
（3）盒模型數據結構
在blink的源碼注釋里面，很形象地畫出了盒模型圖：
// ***** THE BOX MODEL *****
// The CSS box model is based on a series of nested boxes:
// http://www.w3.org/TR/CSS21/box.html
//
// |----------------------------------------------------|
// | |
// | margin-top |
// | |
// | |-----------------------------------------| |
// | | | |
// | | border-top | |
// | | | |
// | | |--------------------------|----| | |
// | | | | | | |
// | | | padding-top |####| | |
// | | | |####| | |
// | | | |----------------| |####| | |
// | | | | | | | | |
// | ML | BL | PL | content box | PR | SW | BR | MR |
// | | | | | | | | |
// | | | |----------------| | | | |
// | | | | | | |
// | | | padding-bottom | | | |
// | | |--------------------------|----| | |
// | | | ####| | | |
// | | | scrollbar height ####| SC | | |
// | | | ####| | | |
// | | |-------------------------------| | |
// | | | |
// | | border-bottom | |
// | | | |
// | |-----------------------------------------| |
// | |
// | margin-bottom |
// | |
// |----------------------------------------------------|
//
// BL = border-left
// BR = border-right
// ML = margin-left
// MR = margin-right
// PL = padding-left
// PR = padding-right
// SC = scroll corner (contains UI for resizing (see the 'resize' property)
// SW = scrollbar width
上面的盒模型耳熟能詳，不太一樣的是，它還把滾動條給畫出來了。
這個盒模型border及其以內區域是用一個LayoutRect m_frameRect對象表示的：
// The CSS border box rect for this box.
//
// The rectangle is in this box's physical coordinates.
// The location is the distance from this
// object's border edge to the container's border edge (which is not
// always the parent). Thus it includes any logical top/left along
// with this box's margins.
LayoutRect m_frameRect;
上面源碼注釋說得很明白，意思是說這個LayoutRect的位置是從它本身的邊到容器的邊的距離，因此它的距離/位置包含了margin值和left/top的位移偏差。LayoutRect記錄了一個盒子的位置和大小：
LayoutPoint m_location;
LayoutSize m_size;
上面（1）和（2）計算好寬度后就去設置這個大小，保存起來。
可以在源碼里面看到用這個對象對處理的一些獲取寬度的方式，如clientWidth：
// More IE extensions. clientWidth and clientHeight represent the interior of
// an object excluding border and scrollbar.
LayoutUnit LayoutBox::clientWidth() const {
return m_frameRect.width() - borderLeft() - borderRight() -
verticalScrollbarWidth();
}
clientWidth是除去border和scrollbar的寬度。
而offsetWidth是frameRect的寬度——算上border和scrollbar：
// IE extensions. Used to calculate offsetWidth/Height.
LayoutUnit offsetWidth() const override { return m_frameRect.width(); }
LayoutUnit offsetHeight() const override { return m_frameRect.height(); }
Margin區域是用一個LayoutRectOutsets表示的，這個對象記錄了margin的上下左右值：
LayoutUnit m_top;
LayoutUnit m_right;
LayoutUnit m_bottom;
LayoutUnit m_left;
上面已經分析寬高的計算，還差位置的計算。
（4）位置計算
位置計算就是要算出x和y或者說left和top的值，這兩個值分別在下面兩個函數計算得到：
// Now determine the correct ypos based off examination of collapsing margin
// values.
LayoutUnit logicalTopBeforeClear =
collapseMargins(child, layoutInfo, childIsSelfCollapsing,
childDiscardMarginBefore, childDiscardMarginAfter);
// Now place the child in the correct left position
determineLogicalLeftPositionForChild(child);
用以下html做為例子：
<!DOCType html>
<html>
<head></head>
<body>
<div id="div-1" style="border:5px solid #000; width:50%; height: 100px; margin: 0 auto;"></div>
<div id="div-2" style="margin: 50px; padding:80px; border: 20px solid">
<div id="div-3" style="margin:15px">hello, world</div>
</div>
</body>
</html>
我先把計算出來的結果打印出來，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)
由于它是一個遞歸的過程，所以上面打印的順序是由子元素到父元素的。以div-2為例算一下，它的x = 50, y = 160：因為div-1占據的空間為h = border * 2 + height = 5 * 2 + 100 = 110，并且div-2有一個margin-top = 50，所以div-2的y = 110 + 50 = 160.
對于div-3，由于div-2有一個80px的padding和20px的border，同時它自己本身有一個15px的margin，所以div-3的y = 50 + 20 + 15 = 115.
如果把行內元素也打印出來，那么結果是這樣的：
[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”
…（后面一樣）
第三行是div-3的文本節點創建的layoutObject，它的行高是18px，所以它的size高度是18px。
這里可以看到塊級元素間的空白節點不會產生layoutObject，這在代碼里面可以找到佐證：
bool Text::textLayoutObjectIsNeeded(const ComputedStyle& style,
const LayoutObject& parent) const {
if (!length())
return false;
if (style.display() == EDisplay::None)
return false;
if (!containsOnlyWhitespace())
return true;
//其它判斷
}
上面代碼第7行，如果Text結點含有非空白字符，則馬上返回true，否則的話繼續判斷：
if (parent.isLayoutBlock() && !parent.childrenInline() &&
(!prev || !prev->isInline()))
return false;
第二行——如果存在上一個相鄰結點，并且這個結點不是行內元素則返回false，不創建layout對象。
所以在塊級元素后面的空白文本結點將不會參與渲染，這個就解釋了為什么塊級元素后的換行不會被轉換成一個空格。在源碼里面還可以看到，塊級元素內的開頭空白字符將會被忽略：
// Whitespace at the start of a block just goes away. Don't even
// make a layout object for this text.
這里有個問題，為什么它要遞歸地算，即先算子元素的再回過頭來算父元素呢？因為有些屬性必須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撐起的，但是有些屬性要先知道父元素的才能算子元素的，例如子元素的寬度是父元素的50%。所以在計算子元素之前會先把當前元素的layout計算一下，然后再傳給子元素，子元素計算好之后會返回父元素是否需要重新layout，如下：
// Use the estimated block position and lay out the child if needed. After
// child layout, when we have enough information to perform proper margin
// collapsing, float clearing and pagination, we may have to reposition and
// lay out again if the estimate was wrong.
bool childNeededLayout =
positionAndLayoutOnceIfNeeded(child, logicalTopEstimate, layoutInfo);
具體的計算過程，這里舉一兩個例子，例如計算left值時，會先取父元素的border-left和padding-left作為起始位置，然后再加上它自己的margin-left就得到它的x/left值。
void LayoutBlockFlow::determineLogicalLeftPositionForChild(LayoutBox& child) {
LayoutUnit startPosition = borderStart() + paddingStart();
LayoutUnit initialStartPosition = startPosition;
LayoutUnit childMarginStart = marginStartForChild(child);
LayoutUnit newPosition = startPosition + childMarginStart;
//other code
}
我們知道浮動的規則比較復雜，所以相應的計算也比較復雜，我們簡單研究一下。
（5）浮動
用以下三欄布局作為說明：
<div>
<div style="float:left">hello, world</div>
<div style="float:right"><p style="width:100px"></p></div>
<div style="margin:0 100px;"></div>
</div>
先來看寬度的計算，對于***個float: left的div，首先它會先判斷一下寬度是否需要fit content：
bool LayoutBox::sizesLogicalWidthToFitContent(
const Length& logicalWidth) const {
if (isFloating() || isInlineBlockOrInlineTable())
return true;
//other code
}
如果它是浮動的或者是inlne-block，則需要寬度適應內容。由于子元素是一個行內文本，它需要計算這個行內元素的寬度，計算的規則非常復雜，這里我把部分注釋說明貼出來：
// (3) A text object. Text runs can have breakable characters at the
// start, the middle or the end. They may also lose whitespace off the
// front if we're already ignoring whitespace. In order to compute
// accurate min-width information, we need three pieces of
// information.
// (a) the min-width of the first non-breakable run. Should be 0 if
// the text string starts with whitespace.
// (b) the min-width of the last non-breakable run. Should be 0 if the
// text string ends with whitespace.
// (c) the min/max width of the string (trimmed for whitespace).
第二個浮動的div，它的子元素是一個p標簽，并且它已經指定了寬度。它會去算子元素的寬度加上margin值的寬度，還要判斷是否為浮動，循環所有子元素處理，取一個***值。
再來看位置的計算，計算位置的代碼還是能夠稍微看出點苗頭，例如對float: left的計算：
//如果當前行的剩余空間小于float的寬度，則循環條件成立
while (logicalRightOffsetForPositioningFloat(
logicalTopOffset, logicalRightOffset, &heightRemainingRight) -
floatLogicalLeft <
floatLogicalWidth) {
//往下挪
logicalTopOffset +=
std::min<LayoutUnit>(heightRemainingLeft, heightRemainingRight);
//計算新的float left位置
floatLogicalLeft = logicalLeftOffsetForPositioningFloat(
logicalTopOffset, logicalLeftOffset, &heightRemainingLeft);
}
}
//循環結束，找到位置
floatLogicalLeft = std::max(
logicalLeftOffset - borderAndPaddingLogicalLeft(), floatLogicalLeft);
上面它會先判斷當前行剩余空間是否小于浮動元素的寬度，如果是的話就一直往下挪。
通過上面的層層計算，就可以拿到位置坐標和具體大小，上面兩個浮動的div***計算的結果是：
[LayoutBlockFlow.cpp(1475)] location is: “0”, “0” size is “77.3281”, “18”
[LayoutBlockFlow.cpp(1475)] location is: “681”, “0” size is “100”, “16”
有了這些信息，結合顏色等style，就可進行Paint了。
3. Paint
Paint又是一塊很塊很復雜的東西，試圖在一篇文章里面講明layout都已經是一件不太可能的事情。
Paint的初始化會使用layout的數據，如下面的BoxPainter的構造函數：
BoxPainter(const LayoutBox& layoutBox) : m_layoutBox(layoutBox) {}
Paint會調用最上面說的Skia的SkCanvas畫：
SkCanvas* canvas() { return m_canvas; }
這個SkCanvas和JS里面的canvas有什么聯系和區別？
Blink JS里的canvas就是這個canvas，當在js里面獲取canvas對象進行描繪時：
var canvas = document.getElementById("canvas");
var ctx = canvas.getContext("2d");
ctx.fillStyle = "green";
ctx.fillRect(10, 10, 100, 100)
就會去獲取SkCanvas實例。
SkCanvas* HTMLCanvasElement::drawingCanvas() const {
return buffer() ? m_imageBuffer->canvas() : nullptr;
}
所以不管是用html/css畫，還是用canvas畫，它們都是同宗同源的，區別就在于借助html/css比較直觀簡單，瀏覽器幫你進行layout。而直接用canvas就得從點線面一點一點地去畫，但同時它的靈活度就比較大。
4. 觸發layout
什么時候會觸發layout，上文的分析已經提及當html片段解析完會觸發layout。在上一篇也有提及加載完css后也會觸發layout，同時resize頁面的時候也會觸發layout。因為layout的計算是比較復雜的，所以應減少layout的次數。例如CSS要寫在head標簽里面，不然寫在body里面，一旦遇到新的CSS又會重新layout。
第二個是獲取clientWidth/scrollTop等維度信息時，普遍的說法是會觸發layout用于獲取值，但是在筆者的觀察下并沒有觸發layout：
如下使用getComputedStyle或者獲取clientWidth應該會觸發layout：
var style = window.getComputedStyle(document.getElementById("body"));
var width = style.width;
console.log(document.getElementById("canvas").clientWidth)
但是無論是我打斷點還是打log，都無法觀察到layout的觸發，而是直接去獲取clientWidth的值：
LayoutUnit LayoutBox::clientWidth() const {
return m_frameRect.width() - borderLeft() - borderRight() -
verticalScrollbarWidth();
}
不過，改變它的clientWidth的時候是一定會觸發layout的：
document.getElementById("canvas").style.width = "500px";
在layout的函數里面打印的Log：
上面幾行是重新計算CSS，下面幾行是進行layout。
另外需要注意的是盡可能地減少layout的范圍，如下的demo——當點擊菜單按鈕的時候把菜單給放出來：
<style> #menu, #show-btn{ display: none; } .show-menu #menu, .show-menu #show-btn{ display: block; } </style>
<body>
<span id="show-btn">Menu</span>
<nav id="menu">
<ul><li></li></ul>
</nav>
</body>
<script> document.getElementById("menu").onclick = function(){ document.body.addClass("show-menu"); }; </script>
上面為了圖方便，給body添加了一個類，用這個類控制菜單的狀態。但是這樣會有很大的問題，因為給body添加了一個類導致它要重新計算style和layout，它一旦layout了，它的子元素也要跟著layout，也就是說整個頁面都要重新layout。所以這個代價就很高了，我們應該縮小影響范圍。因此，把show-menu的class加到直接相關的元素上面就好了。
至此，整一個頁面渲染過程就介紹完畢了。我們從html -> CSS -> layout -> paint一步步分析了其中的過程，雖然介紹得不是很全面，但已經把核心的過程剖析了一遍。由于寫html/css很多東西都是不透明，完全不知道背后是怎么工作的，只能是看文檔說這個標簽是怎么用的，那個屬性會有什么效果，然后在瀏覽器上面看效果，有點任瀏覽器宰割的感覺。所以這個源碼解讀就是為了能夠窺探瀏覽器背后工作原理，這樣對寫代碼會有幫助，能夠做到心中有數。當遇到一些比較困難的問題時，能夠很快的找到解決方案或者解決的方向。
例如筆者就遇到一個奇芭的問題，就是使用height: calc(100% - 80px)的時候，在手機Safari上面展開某個子菜單時，偶現菜單滑不動的情況。當時就想很可能是在Safari在展開菜單時高度算錯了，導致overflow: auto不管用。所以在展開菜單后再手手動計算和設置height，然后就解決問題了。
