浏览器的渲染机制-入门详细图解

浏览器多进程到JS单线程,将JS引擎的运行机制系统的梳理一遍,了解整个知识体系,能够帮助我们更好的进行前端开发。

参考网址:https://juejin.im/post/5a6547d0f265da3e283a1df7

一、区分进程和线程

可以打开电脑的任务管理器查看

具像化描述

  • 进程是一个工厂,工厂有它的独立资源
  • 工厂之间相互独立

  • 线程是工厂中的工人,多个工人协作完成任务
  • 工厂内有一个或多个工人
  • 工人之间共享空间

  • 工厂的资源 -> 系统分配的内存(独立的一块内存)
  • 工厂之间的相互独立 -> 进程之间相互独立

  • 多个工人协作完成任务 -> 多个线程在进程中协作完成任务
  • 工厂内有一个或多个工人 -> 一个进程由一个或多个线程组成
  • 工人之间共享空间 -> 同一进程下的各个线程之间共享程序的内存空间(包括代码段、数据集、堆等)

总结

  • 进程是cpu资源分配的最小单位(是能拥有资源和独立运行的最小单位)
  • 线程是cpu调度的最小单位(线程是建立在进程的基础上的一次程序运行单位,一个进程中可以有多个线程)

二、浏览器是多进程的

  • 浏览器是多进程的
  • 浏览器之所以能够运行,是因为系统给它的进程分配了资源(cpu、内存)
  • 简单点理解,每打开一个Tab页,就相当于创建了一个独立的浏览器进程。

A、浏览器是包含哪些主要进程?

  • Browser进程:浏览器的主进程(负责协调、主控),只有一个。作用有
    1、负责浏览器界面显示,与用户交互。如前进,后退等
    2、负责各个页面的管理,创建和销毁其他进程
    3、将Renderer进程得到的内存中的Bitmap,绘制到用户界面上
    4、网络资源的管理,下载等
  • 第三方插件进程:每种类型的插件对应一个进程,仅当使用该插件时才创建
  • GPU进程:最多一个,用于3D绘制等
  • 浏览器渲染进程(浏览器内核)(Renderer进程,内部是多线程的):默认每个Tab页面一个进程,互不影响。主要作用为:页面渲染,脚本执行,事件处理等

B、重点是-浏览器渲染进程(浏览器内核)

浏览器的渲染进程是多线程的,主要包括:

  1. GUI渲染线程(和js引擎线程互斥,只能执行一个)
    • 负责渲染浏览器界面,解析HTML,CSS,构建DOM树和RenderObject树,布局和绘制等。
    • 当界面需要重绘(Repaint)或由于某种操作引发回流(reflow)时,该线程就会执行
    • 注意,GUI渲染线程与JS引擎线程是互斥的,当JS引擎执行时GUI线程会被挂起(相当于被冻结了),GUI更新会被保存在一个队列中等到JS引擎空闲时立即被执行。
  2. JS引擎线程(核心线程)
    • 也称为JS内核,负责处理Javascript脚本程序。(例如V8引擎)
    • JS引擎线程负责解析Javascript脚本,运行代码。
    • JS引擎一直等待着任务队列中任务的到来,然后加以处理,一个Tab页(renderer进程)中无论什么时候都只有一个JS线程在运行JS程序
    • 同样注意,GUI渲染线程与JS引擎线程是互斥的,所以如果JS执行的时间过长,这样就会造成页面的渲染不连贯,导致页面渲染加载阻塞。
  3. 事件触发线程(事件触发后,放置队尾等js引擎线程处理)
    • 归属于浏览器而不是JS引擎,用来控制事件循环(可以理解,JS引擎自己都忙不过来,需要浏览器另开线程协助)
    • 当JS引擎执行代码块如setTimeOut时(也可来自浏览器内核的其他线程,如鼠标点击、AJAX异步请求等),会将对应任务添加到事件线程中
    • 当对应的事件符合触发条件被触发时,该线程会把事件添加到待处理队列的队尾,等待JS引擎的处理
    • 注意,由于JS的单线程关系,所以这些待处理队列中的事件都得排队等待JS引擎处理(当JS引擎空闲时才会去执行)
  4. 定时触发器线程(计时完成后,等js引擎线程处理)
    • 传说中的setInterval与setTimeout所在线程
    • 浏览器定时计数器并不是由JavaScript引擎计数的,(因为JavaScript引擎是单线程的, 如果处于阻塞线程状态就会影响记计时的准确)
    • 因此通过单独线程来计时并触发定时(计时完毕后,添加到事件队列中,等待JS引擎空闲后执行)
    • 注意,W3C在HTML标准中规定,规定要求setTimeout中低于4ms的时间间隔算为4ms。
  5. 异步http请求线程(有状态变更时,放置队列待JS引擎线程处理)
    • 在XMLHttpRequest在连接后是通过浏览器新开一个线程请求
    • 将检测到状态变更时,如果设置有回调函数,异步线程就产生状态变更事件,将这个回调再放入事件队列中。再由JavaScript引擎执行。

C、Brower进程和浏览器内核(Renderer进程)(包括上述那一堆线程的那个进程)的通信过程

自己总结了一张图
自己总结了一张图

三、简单梳理浏览器渲染流程(简单版本)

前提工作简略如下(可自行学习http请求那一类)

这里有一篇原作者写的,从输入url到页面加载的过程整个知识体系的文章,非常值得一看:
https://juejin.im/post/5aa5cb846fb9a028e25d2fb1

  • 浏览器输入url,浏览器主进程接管,开一个下载线程,
    然后进行 http请求(略去DNS查询,IP寻址等等操作),然后等待响应,获取内容,
    随后将内容通过RendererHost接口转交给Renderer进程
  • 浏览器渲染流程开始

A、浏览器器内核拿到内容后,渲染大概可以划分成以下几个步骤:

  1. 解析html建立dom树
  2. 解析css构建render树(将CSS代码解析成树形的数据结构,然后结合DOM合并成render树)
  3. 布局render树(Layout/reflow),负责各元素尺寸、位置的计算
  4. 绘制render树(paint),绘制页面像素信息
  5. 浏览器会将各层的信息发送给GPU,GPU会将各层合成(composite),显示在屏幕上。

渲染完毕后就是load事件了,之后就是自己的JS逻辑处理了
在这里插入图片描述

load事件与DOMContentLoaded事件的先后

DOMContentLoaded -> load

css加载是否会阻塞dom树渲染?

  • css是由单独的下载线程异步下载的
  • css加载不会阻塞DOM树解析(异步加载时DOM照常构建)
  • 但会阻塞render树渲染(渲染时需等css加载完毕,因为render树需要css信息)

B、普通图层和复合图层

(TODO:不太清楚,建议后续再巩固)

四、从Event Loop谈JS的运行机制

(即上述浏览器内核内各个线程是如何协同运作的)
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
1、JS分为同步任务和异步任务
2、同步任务都在主线程上执行,形成一个执行栈
3、主线程之外,事件触发线程管理着一个任务队列,只要异步任务有了运行结果,就在任务队列之中放置一个事件。
4、一旦执行栈中的所有同步任务执行完毕(此时JS引擎空闲),系统就会读取任务队列,将可运行的异步任务添加到可执行栈中,开始执行。

A、JS引擎线程和事件触发线程

在这里插入图片描述
上图大致描述就是:

  • 主线程运行时会产生执行栈, 栈中的代码调用某些api时,它们会在事件队列中添加各种事件(当满足触发条件后,如ajax请求完毕)
  • 而栈中的代码执行完毕,就会读取事件队列中的事件,去执行那些回调
  • 如此循环
  • 注意,总是要等待栈中的代码执行完毕后才会去读取事件队列中的事件

B、单独说说定时器

上述事件循环机制的核心是:JS引擎线程和事件触发线程;下面说定时器线程

当使用setTimeout或setInterval时,它需要定时器线程计时,计时完成后就会将特定的事件推入事件队列中。
W3C在HTML标准中规定,规定要求setTimeout中低于4ms的时间间隔算为4ms。 (不过也有一说是不同浏览器有不同的最小时间设定)

setTimeout而不是setInterval

区别:

前者是,计时到后,就会推送去执行,执行一段时间后,才开始下一次计时
后者是,间隔一段时间,不断推送去执行,可能会导致累计效应(目前有优化,但还是有很多其他问题)

五、事件循环进阶:macrotask与microtask

  • 进一步,JS中分为两种任务类型:macrotask宏任务和microtask微任务,在ECMAScript中,microtask称为jobs,macrotask可称为task
  • 浏览器为了能够使得JS内部task与DOM任务能够有序的执行,会在一个task执行结束后,在下一个 task 执行开始前,对页面进行重新渲染 (task->渲染->task->…)
  • 补充:在node环境下,process.nextTick的优先级高于Promise,也就是可以简单理解为:在宏任务结束后会先执行微任务队列中的nextTickQueue部分,然后才会执行微任务中的Promise部分。

![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20190929114810349.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NpbmR5NjQ3,size_16,color_FFFFFF,t_70 =300x 500)

总结下运行机制:

  1. 执行一个宏任务(栈中没有就从事件队列中获取)
  2. 执行过程中如果遇到微任务,就将它添加到微任务的任务队列中
  3. 宏任务执行完毕后,立即执行当前微任务队列中的所有微任务(依次执行)
  4. 当前宏任务执行完毕,开始检查渲染,然后GUI线程接管渲染
  5. 渲染完毕后,JS线程继续接管,开始下一个宏任务(从事件队列中获取)
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