В современном мире веб-браузеры играют незаменимую роль, позволяя пользователям получать доступ к миллиардам веб-страниц. За визуальной оболочкой, которая привычна каждому, скрывается сложный движок, ответственный за парсинг, обработку и отображение контента. Если вы когда-нибудь задумывались, как работает браузер изнутри, создание собственного игрушечного движка станет отличным практическим способом понять основные принципы и процессы, которые лежат в основе работы браузеров, таких как Blink, Gecko и WebKit. Что такое движок браузера? Браузерный движок — это часть браузера, отвечающая за загрузку страницы из интернета, разбор HTML и CSS, создание внутреннего представления документа и его визуализацию. В отличие от интерфейса пользователя браузера, называемого chrome, движок работает «под капотом», обеспечивая ключевую функциональность, благодаря которой страница может быть показана и взаимодействовать с пользователем.
В состав движка входят разнообразные компоненты: HTTP-клиент для загрузки ресурса, парсер HTML, CSS-парсер, JavaScript-движок, модуль для построения дерева объектов документа (DOM), модель отображения (render tree), а также механизмы для расчета стилей и построения макета страницы. Большинство из этих функций крайне сложны и выполняются миллионами строк кода в реальных движках. Изучение устройства и создание упрощенного варианта помогает понять эти непростые механизмы. Зачем создавать игрушечный браузерный движок? Настоящие браузерные движки имеют огромный масштаб и сложность, что делает их трудными для восприятия и изучения. Рассматривая Blink, Gecko или WebKit, разработчикам приходится осваивать миллионы строк кода и сложнейшие алгоритмы.
В этом плане создание упрощенной версии движка — отличный обучающий подход, аналогичный созданию учебного компилятора или операционной системы. Такой проект не предназначен для использования в боевых условиях, но позволяет познакомиться с базовыми концепциями и практиками. Подобно тому, как учебный компилятор может трансформировать ограниченный набор кода в понятный компьютеру язык, игрушечный браузерный движок реализует небольшую, но полноценную часть функциональности веб-рендеринга. Это позволяет понять, из чего состоит движок, как данные переходят от исходного HTML до графического отображения. С чего начать: создание структуры DOM Первым важным элементом браузерного движка является модель документа — DOM (Document Object Model).
Она представляет веб-страницу как дерево узлов, где каждый узел — либо элемент, либо текст, либо иной тип узлов. Основная задача — задать способ хранения этих узлов и связей между ними. В примере игрушечного движка, написанного на Rust, структура Node содержит в себе список дочерних узлов и тип узла. Узлы бывают разных типов: текстовые или элементные. Элементы включают в себя имя тега, список атрибутов в виде ключ-значение.
Такой подход позволяет просто описать иерархическую структуру документа. Представление DOM может реализовываться разными способами, однако важна четкая организация, которая даст возможность добавлять новые типы узлов, манипулировать деревом и эффективно обходить его для последующих этапов обработки. В игрушечном движке можно начать с простейших структур, постепенно расширяя функционал. Парсинг HTML: преобразование текста в DOM Следующим шагом является создание HTML-парсера — программы, которая принимает исходный код HTML и создаёт из него DOM-дерево. Это очень ответственный этап, поскольку парсер должен уметь разбирать теги, атрибуты, обрабатывать ошибки и правильно структурировать вложенность.
Парсер может быть реализован с использованием различных методов, начиная от регулярных выражений для самых простых проектов до полноценных рекурсивных спусков или генераторов парсеров для серьезных движков. В игрушечных проектах часто достаточно простого подхода, позволящего обрабатывать базовые элементы. После того как HTML преобразован в структуру DOM, можно приступать к анализу стилей CSS для дальнейшего отображения. CSS-парсинг и сопоставление стилей Для того чтобы браузер мог отобразить страницу в соответствии с задуманным дизайном, необходимо прочитать и применить CSS-правила. CSS-парсер превращает текст таблиц стилей в набор правил, которые затем сопоставляются с элементами DOM.
Важной задачей является разбор селекторов CSS, правильное применение каскадирования и наследования свойств, а также вычисление итоговых стилей для каждого элемента. В игрушечном движке может использоваться упрощённый парсер, поддерживающий ограниченный набор правил и селекторов. Построение модели отображения и раскладка элементов Получив DOM и вычислив стили, движок создаёт модель отображения, где каждое дерево DOM-элемента преобразуется в объект, учитывающий стили и размеры. На этом уровне происходит формирование box-модели, где каждый элемент занимает определённую область на странице. Следующим этапом служит раскладка элемента — определение его позиции и размеров.
В полном веб-браузере здесь учитываются сложные модели потоков, позиции, флоаты, flexbox, grid и другие CSS-способы расположения. В обучающем проекте можно обойтись блочной раскладкой, которая упрощает логику. Процесс рисования и отрисовка на экране Последним этапом рендеринга является визуализация модели отображения на экране. Это может включать в себя создание графических примитивов, отрисовку текста, изображений и других элементов оформления. В игрушечном движке рисование можно реализовать с использованием стандартных графических библиотек или даже на уровне консоли с ASCII.
Вывод и тестирование Создание собственного браузерного движка требует много итераций — начиная с аккуратного построения структуры данных, заканчивая реализацией парсера и простого рендерера. В процессе важно постоянно тестировать и проверять, что построенное дерево DOM соответствует входному HTML, что стили правильно применяются, а раскладка корректно учитывает размеры элементов. Расширение функционала, изучение новых особенностей HTML и CSS, поддержка JavaScript — всё это может стать следующими шагами в развитии вашего игрушечного движка. По мере углубления в проект вы сможете лучше понять принципы работы настоящих браузерных движков, а также углубить навыки программирования в выбранном языке. Рекомендации и ресурсы Для более глубокого понимания работы браузеров полезно обратиться к качественным материалам, таким как серия статей Tali Garsiel «Как работают браузеры» и разнообразным открытым проектам миниатюрных движков, например, WebWhirr, Servo или WeasyPrint.
