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브라우저의 프리로드 스캐너(pre-load scanner)와 파싱 동작의 이해

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    yceffort

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Introduction

웹 개발자가 웹 페이지 속도를 개선하기 위해서 가장 먼저 알아야할 것은, 웹 페이지 로딩 속도 개선을 위한 테크닉이나 팁이 아닌 바로 브라우저의 동작 원리다. 우리가 최적화 하려고 노력하는 것 만큼, 브라우저도 웹페이지를 로딩할 때 최적화 하려고 더 노력한다. 하지만 우리의 이런 최적화 노력이 의도치 않게 브라우저의 최적화 노력을 방해할 수도 있다.

페이지 속도 개선에 있어 가장 먼저 이해해야할 것 중 하나는 바로 브라우저의 프리로드 스캐너다. 프리로드 스캐너는 무엇인지, 그리고 우리가 이 작업을 방해하지 않기 위해서는 무엇을 해야 하는지 알아보자.

Pre-load Scanner란 무엇인가

모든 브라우저는 raw markup 상태의 파일을 토큰화 하고, 객체 모델로 처리하는 HTML 파서를 기본적으로 가지고 있다. 이 모든 작업은 이 파서가 <link /> 또는 async defer가 없는 <script />와 같은 블로킹 리소스를 만나기 전 까지 계속 된다.

https://web-dev.imgix.net/image/jL3OLOhcWUQDnR4XjewLBx4e3PC3/mXRoJneD6CbMAqaTqNZW.svg

CSS 파일의 경우, 스타일링이 적용되지 않는 콘텐츠가 잠깐 뜨는 현상(Flash of unstyled content, AKA FOUC)을 방지하기 위해 파싱과 렌더링이 차단된다.

그리고 자바스크립트의 경우에는, 앞서 언급했듯 async defer가 없는 <script/>를 만나게 되면 파싱과 렌더링 작업이 중단된다.

<script />에 type=module이 있다면 기본적으로 defer로 동작한다.

그 이유는 HTML 파서가 동작하는 동안, 이 스크립트가 DOM을 수정할 것인지 브라우저 입장에서는 알 수 없기 때문이다. 따라서 일반적으로는 이러한 자바스크립트를 문서의 끝에 두어 렌더링 및 파싱에 미치는 영향을 제한하는 것이 일반적이다.

어쩄든, 이러한 중요한 파싱 단계를 차단하는 것은 바람직하지 않다. 왜냐하면 다른 중요한 리소스를 찾는 과정을 지연시킴으로써 퍼포먼스를 저하시킬 수 있기 때문이다. 이러한 문제를 완화 시키기 위한 것이 바로 프리로드 스캐너라고 하는 보조 HTML 파서다.

https://web-dev.imgix.net/image/jL3OLOhcWUQDnR4XjewLBx4e3PC3/6lccoVh4f6IJXA8UBKxH.svg

기본 HTML 파서는 CSS를 로딩하고 처리할 때 블로킹 되지만, 프리로드 스캐너는 마크업에서 이미지 리소스를 찾고 기본 HTML 파서가 차단 해제되기전에 로드를 시작할 수 있다.

이 프리로드 스캐너의 역할은 speculative, 즉 추측에 근거하며, 이 말의 뜻은 기본 HTML 파서가 리소스를 발견하기 전에 먼저 리소스를 찾기위해 마크업 문서를 훑는 다는 것을 의미한다.

프리로드 스캐너가 언제 동작하는지 확인하는 방법

앞서 이야기 하였듯이, 렌더링과 블로킹을 차단하는 리소스가 있기 때문에 프리로드 스캐너가 존재한다. 이러한 두 가지 성능 문제가 존재하지 않는다면 딱히 프리로드 스캐너가 필요하지 않을 것이다. 따라서 웹 페이지가 프리로드 스캐너의 이점을 얻을 수 있는지 여부를 파악하는 열쇠는 이러한 블로킹 현상의 존재 여부에 따라 다르기 때문에, 프리로드 스캐너가 동작하는지 알기 위해서는 인위적인 딜레이를 집어넣을 필요가 있다.

프리로드 스캐너의 동작 방식을 확인해보기 위한 예제 페이지

결과: https://www.webpagetest.org/result/220612_BiDcZ0_2E9/

먼저 CSS 파일은 렌더링과 파싱을 모두 차단하기 때문에, 스타일 시트를 집어 넣음으로서 아래와 같은 인위적인 딜레이를 집어넣을 수 있다. 이러한 딜레이 덕분에, 프리로드 스캐너가 작동하는 것을 볼 수 있다.

https://www.webpagetest.org/waterfall.php?test=220612_BiDcZ0_2E9&run=1&cached=&step=1

css가 블로킹 리소스라서 잠시간 딜레이가 있었지만, 이미지는 프리로드 스캐너가 먼저 발견해서 찾은 모습이다.

이 차트에서 볼 수 있는 것 처럼, 프리로드 스캐너는 렌더링 및 파싱이 차단되는 와중에서 <img />를 검색한다. 이 최적화 없이는 차단 되는 동안 리소스를 가져올 수 없으므로, 리소스를 가져오는 과정은 동시적이 아닌 연속적으로 이루어질 것이다.

async script 삽입

<head/>에 아래와 같은 자바스크립트를 삽입해보자.

<script>
  const scriptEl = document.createElement('script')
  scriptEl.src = '/yall.min.js'

  document.head.appendChild(scriptEl)
</script>

삽입되는 스크립트는 async가 기본값이기 때문에 비동기적으로 동작하는 것 처럼 보일 것이다. 즉 가능한 빨리 실행되고, 렌더링을 차단하지 않는다. 물론, 이는 최적화가 적용되어 있는 것 처럼 보이지만.. 이 인라인 스크립트가 외부 CSS 파일을 로드하는 <link/>뒤에 온다고 가정하면 다음과 같은 결과가 나타난다.

테스트 페이지

결과

https://www.webpagetest.org/waterfall.php?test=220612_AiDcHH_2FY&run=1&cached=&step=1

무슨일이 일어났는지 하나씩 살펴보자.

  1. 0초에 문서를 요청했다.
  2. 1.3초 쯤에 요청에 대한 첫번째 바이트 응답이 왔다.
  3. 2.4초 쯤에 이미지와 CSS 요청이 이루어졌다.
  4. 파서가 스타일 시트를 로딩하느라 차단되고, 비동기 스크립트를 주입하는 인라인 자바스크립트가 2.8초 쯤에 나타나기 때문에 스크립트가 제공하는 async 기능을 바로 사용할 수 없게 됨

스타일 시트 다운로드가 완료된 이후에만 스크립트에 대한 요청이 발생한다. 따라서 스크립트가 최대한 빨리 실행되지 않는다. 이는 페이지의 TTI(Time To Interactive)에 영향을 미칠 수 있다. 이와 반대로, <img/>는 서버에서 제공하는 마크업에서 감소하기 때문에 프리로드 스캐너에 의해 검색될 것이다.

그렇다면 스크립트를 DOM에 주입하는 대신, async 값과 함께 일반 <script/>를 사용하면 어떻게 될까?

<script src="/yall.min.js" async></script>

웹페이지

결과

https://www.webpagetest.org/waterfall.php?test=220612_AiDcSY_2HM&run=1&cached=&step=1

이 페이지는 하나의 스타일 시트와 async <script/>한개가 포함되어 있다. 프리로드 스캐너는 렌더 블로킹 단계에서 스크립트를 발견하고, CSS와 동시에 로딩한다.

rel=preload를 사용하면 문제를 해결할 수도 있지 않을까? 이는 효과적일 수도 있지만, 약간의 부작용이 있을 수 있다. 그렇다면 왜 <script/>를 DOM에 주입하지 않음으로써 피할 수 있는 문제를 해결하기 위해 rel=preload를 사용하는 이유는 무엇일까?

웹페이지

결과

https://www.webpagetest.org/waterfall.php?test=220612_AiDcVX_2JA&run=1&cached=&step=1

이 페이지는 하나의 스타일 시트와 async 스크립트를 삽입했는데, async 스크립트는 발견되는 즉시 프리로딩 된 것을 알 수 있다.

프리로딩은 여기서 문제를 해결한 것 처럼 보이지만, 처음 두 데모의 async 스크립트는 <head />에 삽입되었음에도 불구하고 낮은 우선순위로 로드 되는반면, 스타일 시트는 높은 우선순위로 로딩된다. 비도기 스크립트가 preloading된 마지막 데모페이지에서는, 스타일 시트와 스크립트의 우선순위가 모두 높음으로 승격되었다.

우선순위는 크롬의 dev tool 네트워크 탭에서 볼 수 있다.

리소스의 우선순위가 올라가면, 브라우저는 더 많은 대역폭을 리소스에 할당한다. 즉, 스타일 시트 우선순위가 가장 높더라도 스크립트의 우선순위가 높아지면 이러한 대역폭에 경합이 발생할 수 있다. 연결 속도가 느리거나, 리소스가 상당히 크다면 이러한 문제가 더 두드러질 수 있다.

답은 간단하다. 스크립트가 웹 페이지 시작중에 실행되어야 한다면 DOM에 삽입하여 프리로드 스캐너를 방해하지 말자. <script/> 요소의 위치 뿐만 아니라, defer async 속성에 대한 실험도 해보면서 확인해봐야 한다.

자바스크립트 Lazy Loading

레이지 로딩은 데이터를 불러오기 위한 효과적인 방법으로 일반적으로 이미지에 적용된다. 그러나 때때로 이 레이지 로딩이 above the fold 영역에 있는 이미지에 잘못 적용될 수 있다.

이로인해 프리로드 스캐너가 관련된 리소스를 검색하는 문제에 잠재적으로 문제를 일으킬 수 있으며, 이미지라면 이미지에 대한 참조를 검색하고 다운로드 하고 디코딩하며 표시하는데 걸리는 시간을 불필요하게 지연시킬 수 있다.

<img data-src="/sand-wasp.jpg" alt="Sand Wasp" width="384" height="255" />

이 data- 자바스크립트에서 주로 활용되는 레이지 로더다. 이미지가 뷰포트로 스캐너 된다면 lazy-loader 는 data- 를 제거하여 정상적인 src로 바꾼다. 그러면 브라우저는 이 리소스를 불러올 것이다.

이 패턴은 페이지 최초 로딩에 걸리지 않는 이미지라면 크게 문제되지 않는다. 그러나 문제는 프리로더 스캐너가 data-src와 같은 것은 읽지 않기 때문에 이미지를 일찍 검색하지 못한다. 더 나쁜 것은 이 이미지는 lazy-loader가 자바스크립트로 다운로드, 컴파일, 실행 될 때 까지 지연된다.

웹페이지

결과

https://www.webpagetest.org/waterfall.php?test=220612_BiDcPB_2JM&run=1&cached=&step=1

이미지의 크기, 뷰포트의 크기에 따라 이 이미지는 LCP에 걸릴수도 있다. 프리로드 스캐너가 미리 이미지 리소스를 가져올 수 없는 경우에는 LCP에 피해를 입을 것이다.

이미지 마크업을 다음과 같이 바꿔보자.

<img src="/sand-wasp.jpg" alt="Sand Wasp" width="384" height="255" />

이렇게 최적화 한다면 프리로드 스캐너가 이미지 리소스를 빠르게 검색하고 가져올 수 있기 때문에, LCP에 걸리는 이미지라면 매우 좋은 방법이 될 것이다.

웹페이지

결과

https://www.webpagetest.org/waterfall.php?test=220612_AiDcMW_2PY&run=1&cached=&step=1

이 결과 LCP가 향상되었음을 알 수 있다. 물론 그다지 드라마틱한 효과가 아닌것처럼 보일 수 있지만, 수정해야하는 양이 작고 매우 쉽다. LCP 내 리소스는 다른 많은 자원들과 함께 대역폭을 놓고 경쟁해야하는 경우가 빈번해 지므로 이와 같은 최적화가 중요해지고 있다.

이미지 뿐만 아니라 <iframe> 도 이와같은 영향을 받을 수 있으며, <iframe/>는 하위 리소스가더 많기 때문에 성능에 더 심한 영향을 미칠 수 있다.

CSS background image

브라우저 프리로드 스캐너는 마크업을 스캔한다. 그러나 프리로드 스캐너는 CSS에 있는 background-image 속성에 있는 리소스와 같은 타입의 리소스는 검색하지 않는다.

HTML과 마찬가지로 브라우저는 CSSOM으로 알려진 자체 객체 모델로 CSSOM을 처리한다. 만약 CSSOM에 외부 리소스가 발견된다면, 그런 자원들은 프리로드 스캐너가 아닌 발견된 시점에 리퀘스트가 일어난다.

웹페이지

결과

https://www.webpagetest.org/waterfall.php?test=220612_AiDcCK_2TG&run=1&cached=&step=1

이 경우에는 프리로드 스캐너가 관여하지 않는다. 그렇지만서도, 만약 LCP에 CSS background-image가 존재한다면, 아무래도 미리 로드되기를 바랄 것이다.

<!-- <head> 태그 안, 스타일시트 밑에 이 태그를 삽입한다면 로딩에 방해되지 않고 프리로드 스캐너에 의해 미리 발견될 것이다. -->
<link rel="preload" as="image" href="lcp-image.jpg" />

이 rel=preload 힌트는 작지만, 브라우저가 이미지를 더 빠르게 발견하는데 도움이 된다.

웹페이지

결과

https://www.webpagetest.org/waterfall.php?test=220612_BiDcV2_2T8&run=1&cached=&step=1

rel=preload를 사용하면 LCP를 빠르게 발견하여 LCP 시간이 단축된다. 이 힌트가 이 문제를 해결하는데 도움이 되었지만, 더 나은 방법도 있다. <image>를 사용하면 뷰포트에 적합한 이미지를 로드하는 동시에 프리로드 스캐너가 해당 이미지를 검색할 수 있다.

마크업을 클라이언트 사이드 자바스크립트에서 렌더링

당연히 의심할 여지도 없다. 자바스크립트는 페이지 속도에 영향을 미친다. 자바스크립트를 단순히 사용자와 페이지 간의 상호작용 뿐만 아니라 콘텐츠 자체를 전달하기 위해서도 의존하는 경향이 있다. 이는 개발자에게는 좀더 나은 개발자 경험 (DX)을 줄 수도 있지만, 이 경험이 사용자에게 이어지는 것은 아니다.

이야기한 것 처럼, 프리로드 스캐너에게 안좋은 영향을 미치는 방법은 바로 클라이언트사이드 자바스크립트로 마크업을 렌더링하는 것이다.

웹페이지

결과

https://www.webpagetest.org/waterfall.php?test=220612_AiDcK5_2WK&run=1&cached=&step=1

이 페이지는 preact를 활용하여 제작되었다. 그렇지만 방법은 단순하다. html내부 내용 전체를 단순히 문자열로 넘겨서 렌더링하는 것이다. https://preload-scanner-fights.glitch.me/js/content.js

마크업이 완전히 자바스크립트 코드 내부에 존재해서 렌더링 될 때, 이 마크업 내부의 모든 리소스는 프리로드 스캐너에 감지되지 않는다. 이로인해 주요 리소스 발견은 늦춰지고, LCP에 부정적인 영향을 미친다. 이 예제의 경우 매우 눈에 띄게 서버사이드 렌더링 대비 상당히 지연된 모습을 볼 수 있다.

이 글의 주제에서 약간 벗어나긴 하지만, 렌더링 마크업이 클라이언트에 미치는 영향은 프리로드 스캐너를 능가한다. 최초 페이지 로딩에 필요하지 않은 작업을 위해 자바스크립트를 도입하면, INP(Interaction Next Paint)에 영향을 줄 수 있는 불필요한 처리시간이 발생해버린다.

또한 클라이언트에서 많은 양의 마크업을 렌더링하면, 서버에서 전송되는 동일한 양의 마크업에 비해 처리시간이 길어질 수 있다. 그 이유는 자바스크립트가 필요로 하는 작업을 제외하고, 브라우저가 서버로부터 마크업을 스트리밍하고, 이 과정에서 작업이 길어지는 것을 피하기 위해 렌더링을 청크업 하기 때문이다. 그러나 이에 반해 클라이언트 렌더링 마크업은 INP외에도 TBT (Total Blocking Time), FID(First Input Delay)와 같은 페이지 응답 메트릭 점수에 영향을 미칠 수 있다.

만약 서버에서 페이지 마크업을 제공할 수 없는 이유가 있는가? 그렇지 않다면, 즉 서버에서 페이지 마크업을 만들 수 있으면 서버사이드 렌더링이나 정적으로 생성된 마크업을 고려해야 한다.

페이지 마크업의 일부에 특정한 기능을 추가하기 위해 자바스크립트가 필요한 경우에도, SSR 환경에서 자바스크립트 hydration을 활용하는 방법도 고려할 수 있다.

프리로드 스캐너가 잘 작동할 수 있게 하는 방법

프리로드 스캐너는 페이지가 더 빨리 로딩되도록 도와주는 매우 효과적인 브라우저 최적화 수단이다. 중요한 리소스를 미리 발견하지 못하는 현상을 막아줌으로써, 개발을 단순화하고 웹 바이탈 등 여러 지표에서 더 나은 결과를 제공하여 더 좋은 사용자 환경을 만들 수 있다.

  • 브라우저의 프리로드 스캐너는 메인 스캐너 대비 먼저 검색하여 더 빨리 가져올 수 있는 리소스를 발견하는 과정에서 차단되는 경우를 막기 위해 메인 스캐너보다 먼저 검색하는 보조 HTML 파서다.
  • 프리로드 스캐너가 동작하지 않는 경우는
    • 초기 리퀘스트 요청시 서버에서 제공하는 마크업에 없는 리소스
    • 자바스크립트를 활용하여 DOM에 리소스를 삽입하는 경우
    • 자바스크립트를 활용하여 Above the fold 영역에 있는 lazy load 이미지 또는 iframe
    • 자바스크립트를 사용하여 문서내 리소스를 참조로 한 클라이언트 마크업 렌더링
  • 프리로드 스캐너는 HTML 만 스캔한다. CSS 내부에 있는 이미지들은 검색되지 않는다.

어떤 이우로든, 프리로드 스캐너에 부정적인 영향을 미치는 패턴을 피할 수 없다면 rel=preload 리소스 힌트를 고려해보자. 이 리소스 힌트를 사용해보고 테스트하여 원하는 효과를 얻을 수 있는지 확인해보자. 그리고 마지막으로, 너무 많은 리소스를 미리 로딩하지 말자. 모든 것을 우선시하면 아무것도 우선시 되지 않는다.

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