ساختار داخلی مرورگرها و نحوه رندر صفحات وب

مرورگرهای وب، دریچه اصلی کاربران به دنیای اینترنت هستند. پشت این ابزارهای به‌ظاهر ساده، معماری پیچیده‌ای نهفته است که هماهنگی دقیق اجزای آن، تجربه‌ای روان و سریع را برای کاربر رقم می‌زند. آشنایی با ساختار درونی مرورگرها و نحوه رندر صفحات وب، نه‌تنها برای درک بهتر عملکرد آن‌ها مفید است، بلکه نقش مهمی در طراحی بهتر وب‌سایت‌ها و بهینه‌سازی تجربه کاربری ایفا می‌کند.

اجزای اصلی مرورگر

مرورگرهای مدرن مانند Google Chrome ،Mozilla Firefox ،Microsoft Edge و Safari، از اجزای متعددی تشکیل شده‌اند که هر کدام وظیفه مشخصی در فرایند بارگذاری و نمایش صفحات دارند. مهم‌ترین این اجزا عبارت‌اند از:

1. رابط کاربری (User Interface)
   بخشی از مرورگر که کاربر مستقیماً با آن در تعامل است. این شامل نوار آدرس، دکمه‌های ناوبری (مانند برگشت و جلو)، منوی تنظیمات، لیست بوک‌مارک‌ها و دیگر عناصر ظاهری است.

2. موتور مرورگر (Browser Engine)
   میانجی بین واسط کاربری و موتور رندر است. این بخش وظایف مختلف را از سمت رابط کاربر دریافت می‌کند و آن‌ها را به موتور رندر و سایر بخش‌ها ارسال می‌کند تا اجرا شوند، سپس نتایج را به رابط کاربر بازمی‌گرداند.

3. موتور رندر (Rendering Engine)
   قلب تپنده مرورگر که وظیفه اصلی آن تبدیل کدهای HTML ،CSS و گاهی SVG به محتوای بصری قابل‌نمایش است. به‌عنوان‌ مثال، مرورگر Chrome از موتور Blink استفاده می‌کند که بر پایه WebKit توسعه‌یافته، درحالی‌که Firefox از موتور Gecko بهره می‌برد.

4. بخش شبکه (Networking)
   این قسمت مسئول مدیریت ارتباط با سرورها از طریق پروتکل‌هایی مانند HTTP و HTTPS است. تمام فایل‌های موردنیاز صفحه، از جمله HTML ،CSS ،JavaScript، تصاویر و فونت‌ها، از این طریق بارگذاری می‌شوند.

5. موتور جاوا اسکریپت (JavaScript Engine)
   کدی که تعامل‌پذیری صفحات وب را ممکن می‌سازد، توسط این بخش اجرا می‌شود. موتورهای معروفی مانند V8 در Chrome و Node.js و SpiderMonkey در Firefox، اسکریپت‌های جاوا اسکریپت را تفسیر و اجرا می‌کنند.

6. واحد ذخیره‌سازی (Data Storage)
   برای ذخیره اطلاعات به‌صورت محلی (Local) از قابلیت‌هایی مانند کش، کوکی‌ها، LocalStorage و SessionStorage و IndexedDB استفاده می‌شود. این داده‌ها می‌توانند برای بهبود سرعت بارگذاری صفحات یا حفظ وضعیت کاربر استفاده شوند.

مراحل رندر یک صفحه وب

وقتی کاربر آدرس یک صفحه وب را در نوار آدرس مرورگر وارد می‌کند و کلید Enter را می‌زند، پشت‌صحنه مرورگر وارد فرایندی پیچیده می‌شود تا آن صفحه را روی صفحه‌نمایش نمایش دهد. این فرایند شامل چند مرحله کلیدی است:

1. درخواست منابع (Requesting Resources)
   مرورگر یک درخواست HTTP یا HTTPS به سرور ارسال می‌کند. پاسخ سرور معمولاً شامل فایل HTML  اصلی صفحه است، به همراه سایر منابع موردنیاز مثل فایل‌های CSS، جاوا اسکریپت، تصاویر و فونت‌ها.

2. تجزیه HTML و ساخت درخت DOM
   مرورگر فایل HTML را خط‌به‌خط می‌خواند و آن را به ساختاری درختی به نام DOM (Document Object Model) تبدیل می‌کند. این ساختار، نمایشی شیءگرا از محتوای HTML  است که مرورگر می‌تواند با آن کار کند.

3. بارگذاری و تجزیه CSS
   فایل‌های CSS بارگذاری می‌شوند و مرورگر آن‌ها را به ساختاری درختی به نام CSSOM (CSS Object Model) تبدیل می‌کند که اطلاعات مربوط به استایل عناصر را در خود دارد.

4. ساخت درخت رندر (Render Tree)
   DOM و CSSOM ترکیب می‌شوند تا درخت رندر ساخته شود. این درخت، شامل گره‌هایی است که نماینده عناصر قابل‌ نمایش هستند و همراه با استایل‌های محاسبه‌ شده‌شان آماده نمایش می‌شوند.

5. محاسبه چیدمان (Layout / Reflow)
   در این مرحله، مرورگر موقعیت و ابعاد دقیق هر عنصر در صفحه را محاسبه می‌کند. یعنی مشخص می‌شود که هر عنصر کجا قرار بگیرد و چه فضایی اشغال کند.

6. نقاشی (Painting)
   عناصر صفحه (شامل متن‌ها، رنگ‌ها، تصاویر، حاشیه‌ها و سایه‌ها) بر اساس درخت رندر روی بوم (Canvas) مجازی مرورگر کشیده می‌شوند.

7. ترکیب نهایی (Compositing)
   در پایان، مرورگر لایه‌های گرافیکی مختلف را با هم ترکیب می‌کند و تصویر نهایی را به GPU ارسال می‌کند تا روی نمایشگر کاربر نمایش داده شود.

نکاتی برای بهینه‌سازی عملکرد

درک این مراحل به توسعه‌دهندگان وب کمک می‌کند تا وب‌سایت‌هایی سریع‌تر و کارآمدتر طراحی کنند. برای مثال، ایجاد بیش از حد گره‌های  DOM، استفاده بی‌رویه از جاوا اسکریپت‌های سنگین یا CSSهای پیچیده، می‌تواند سرعت رندر صفحه را به طرز چشمگیری کاهش دهد.

ابزارهایی مانند Chrome DevTools یا Firefox Developer Tools، امکان تحلیل دقیق عملکرد صفحه، اندازه‌گیری زمان رندر و شناسایی مشکلات عملکردی را فراهم می‌کنند.

از جمله تکنیک‌های بهینه‌سازی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• استفاده از Lazy Loading برای بارگذاری تدریجی تصاویر و اسکریپت‌ها

• بهره‌گیری از WebAssembly برای اجرای کدهای پرمحاسبه با سرعت بالا

• استفاده از CDN برای بارگذاری سریع‌تر منابع استاتیک مانند فایل‌های CSS و JS از نزدیک‌ترین سرور به کاربر

جمع‌بندی

مرورگرهای وب، با ساختار درونی چندلایه و پیچیده‌ی خود، نقش اصلی را در نمایش صفحات اینترنتی ایفا می‌کنند. درک مراحل رندر صفحات، از درخواست اولیه تا نمایش نهایی، برای دانشجویان و توسعه‌دهندگان وب، پایه‌ای مهم در مسیر طراحی بهتر و بهینه‌تر صفحات است. هرچه تسلط بر این مفاهیم بیشتر باشد، طراحی‌هایی روان‌تر، سریع‌تر و کاربرپسندتر ممکن خواهد بود.

 منتشر شده در شماره چهارم نشریه بیت