新时代新潮流 WebOS【19】走进 WebKit

2009-05-19 21:47

1. 总体结构

Webkit 是开源项目,它的源代 码可以去这里下载。Webkit 是一个相当复杂的软件系统,打开源 代码,可以看到里面有众多文件夹。但是 Webkit 的源代码组织得很好,虽然程序多,但是结构清楚。相对而言,Firefox 浏览器使用的 Gecko 渲染机的源代码,个人的感觉比较乱,不容易理出头绪。

毛主席教导我们,“我们的方针是路线决定一切,人多,枪多,代替不了正确的路线。路线正 确就有一切,路线不正确有了也可以丢掉。路线是个纲,纲举目张”。 对于软件工程,主席的教导依然具有指导意义。不妨把主席的教导改动一下,“软件工程的方针是结构决定一切,代码多,功能多,代替不了正确的结构。结构正确了,不断改进以后就有一切,结构不正确,有了也可以丢掉。结构是个纲,纲举目张”。现代软件工程的语汇里,结构多半特指 object-oriented 的 结构。Webkit 源代码十分严格地遵循 object-oriented 的原则来组织,这样做的好处不仅仅有利于后续开发和维护,而且也便于研读源代码。

Webkit 源代码由三大部分组成,1. WebCore,2. WebKit,3. JavaScript。当输入一个 HTML 文件,WebCore 的职责是解析每个 HTML Tag,以及它们之间的从属关系,生成一棵树状的数据结构(DOM Tree),然后结合 HTML 文件中指定的 CSS 定义,确定 DOM Tree 中每个节点的在整个页面中的位置,以及颜色字体等等,也就是布局与渲染。布局与渲染效果的确定,以属性和属性值的形式,存放在另一棵树状数据结构中,这另一棵树被称为 Rendering Tree。通常情况下,Rendering Tree 的结构与 DOM Tree 大致相同,基本上 DOM Tree 里面每一个节点,在 Rendering Tree 里都有对应的节点。

这里有两个疑问,1. 为什么既有 DOM Tree,又有 Rendering Tree,合二为一不是更省内存吗?2. Rendering Tree 为什么要与 DOM Tree 保持一致?不一样又如何?这两个问题,我们稍后讨论。

Rendering Tree 只是确定了该如何渲染 HTML 页面,有点像司令部里的参谋们制订作战计划。但是具体的渲染,包括画点画线字体等等,在不同的 OS,甚至不同的硬件环境下,实现的方式各不相同,这就像冲锋陷阵,还得靠前线将士。Webkit 源代码中的 WebKit package,里面包含的程序,就是这些前线将士。WebKit package 中有 win, mac,  gtk, qt, wx 等等 subpackages,就是针对各个不同 OSes,以及各种不同的跨平台的图形库,所采取的因地制宜的渲染手段。与各个不同的 OSes 相关的,不仅仅是渲染,还有鼠标移动和键盘点击等等用户触发的 UI 事件的捕捉。所有这些与具体 Oses 相关的程序,通通被放置在 WebKit package 中。

Webkit 源代码中第三个主要部分,是 JavaScript engine。JavaScript engine 用来解析 JavaScript 代码,并执行。这个系列里不展开介绍 JavaScript engine。

2. DOM Tree 与 Rendering Tree 是否必须一致?

“ 天下文章一大抄”,这话说来难听,但是却是实情。很少有文章从头到尾,字字原创,而绝大多数都是在消化整理前人和他人的知识基础上,添加自己的一点点发挥和创造而成。人类的文明进步,就是这样一点一滴,逐渐积累起来的。既然文章离不开引经据典,旁征博引,阅读文章的时候,也就免不了需要查阅相关文献。

在 Web 出现以前,查阅文献是一件费时费力的事情。1989 年 3 月,在欧洲原子能研究组织(CERN)工作的 Tim Berners-Lee,提议在 TCP/IP 协议基础之上,建立一个相互链接的信息系统。这个建议很快发展成为万维网(World Wide Web,简称 Web),极大地方便了文献的查阅。Web 的核心,是 hyperlink。在撰写网页时,可以对于某些词句,设置隐含的 hyperlinks。当读者点击这些词句时,计算机就会根据词句背后隐含的 hyperlink,自动打开另一个网页。请注意 “隐含的” 这个词,这意味着 文章的显示(Presentation),与文章的内容(Content)并不完全一致。

Tim Berners-Lee 考虑到这一问题,于是建议给每个 Web 网页制订一个规范,这个规范就是 “超文本标识语言”,简称 HTML。最初的 HTML 制订了 22 个标识,标注两方面的功能,1. 内容,包括引用,2. 显示格式。在同一份 HTML 文件里,把内容和格式混杂在一起,这是一个设计错误。20 年过去了,现在的 HTML 文件,基本上是以内容为主,格式被分离出去, 由 CSS 定义。除此之外,还增加了与读者互动的动作,这些互动动作,通常由 JavaScript 定义。

为什么分离比合并好?同一份内容,针对不同的读者,可以通过不同的 CSS,改变显示的方式,举几个例子。针对新人类,可以用卡通图标替代某些特定文字。针对老派读者可以换用大号字体,从上往下,从右往左排版。对于正在开车的听众,可以用朗诵替代文字显示。

内容与格式分离,并不等同于 DOM Tree 与 Rendering Tree 并存。假如内容由 HTML 承载,格式由 CSS 定义,我们可以只用一棵树,不仅存放内容,也存放格式属性。DOM Tree 与 Rendering Tree 分离,好处在于同一棵 DOM Tree,可以对应多棵 Rendering Trees,也就是同一个内容,可以由多种不同的方式来布局和渲染。在当今的浏览器里,一棵 DOM Tree 对应多棵 Rendering Trees 的情况不常见,因为同一个页面,通常只有一种风格的布局和渲染。但是在电子游戏中,同一个场景会有多个不同视角,譬如枪战游戏中,有枪手本人视 角,有旁观者视角,还有俯瞰视角等等。换句话说,Webkit 不仅满足了当今浏览器的普通需要,而且提供了一些尚没有被广泛利用的潜在的功能。把 DOM Tree 与 Rendering Tree 分离的做法,虽然浪费了一些内存空间,但是着眼于未来,Webkit 这样的结构设计,为未来的发展埋下了伏笔。

目前而言,Rendering Tree 的结构基本上与 DOM Tree 的保持一致,DOM Tree 里每一个节点,在 Rendering Tree 都有对应节点,父子节点之间的继承关系也保持一致。但是 Webkit 的代码,给 Rendering Tree 结构的异化,也埋下了伏笔。Rendering Tree 的结构,不一定与 DOM Tree 保持一致。举个例子,或许未来的网页可以提供个性化的编辑方式。当读者第一次打开某个页面的时候,看到的是标准的页面,也就是 Rendering Tree 与 DOM Tree 保持一致的页面。读者可以摘录网页中某些段落,删除不感兴趣的段落,改变着色,改变字体,甚至重新布局。以后再次造访这个页面时,这位读者就可以看到个性化的页面,而所谓个性化的实现方式,其实就是构筑另一棵 Rendering Tree。假如他想恢复标准的网页,只需要重新调用标准的 Rendering Tree,重新渲染一遍网页即可。在这个例子里,我们可以看到个性化的 Rendering Tree,与 DOM Tree 保持一致的标准的 Rendering Tree,两者并存的场景。

再举一个例子,通常的地图,都是俯瞰图,整个地图保持同一种视角。能不能在同一张地图中包含多个视角?听起来匪夷所思,但是有人尝试了这种新奇大胆的设想,见 figure 1。如果套用 DOM Tree 和 Rendering Tree 的概念,可以解释为 DOM Tree 与 Rendering Tree 不完全一致。上半段的俯瞰视角的地图,对应的 Rendering Tree 的子树,与 DOM Tree 相关子树一一对应。但是下半段的平视视角的地图,对应的 Rendering Tree 的子树,是 DOM Tree 相关子树的一个子集,因为有些楼宇和道路,被前方的楼宇遮挡住了。

Here-and-there map of Mahanttan Figure 1. Here-and-there map of Mahanttan

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