浏览器内部 进程线程 笔记

本文引用于：http://www.dailichun.com/2018/01/21/js_singlethread_eventloop.html

1.浏览器都包含哪些进程？

Browser进程：浏览器的主进程（负责协调、主控），只有一个。作用有

• 负责浏览器界面显示，与用户交互。如前进，后退等

• 负责各个页面的管理，创建和销毁其他进程

• 将Renderer进程得到的内存中的Bitmap，绘制到用户界面上

• 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

2.浏览器多进程的优势

• 避免单个page crash影响整个浏览器

• 避免第三方插件crash影响整个浏览器

• 多进程充分利用多核优势

• 方便使用沙盒模型隔离插件等进程，提高浏览器稳定性

3.重点是浏览器内核（渲染进程）

1. GUI渲染线程

   • 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

   • 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

   • 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

   • 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

   • 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。

4.简单梳理下浏览器渲染流程

本来是直接计划开始谈JS运行机制的，但想了想，既然上述都一直在谈浏览器，直接跳到JS可能再突兀，因此，中间再补充下浏览器的渲染流程（简单版本）

为了简化理解，前期工作直接省略成：（要展开的或完全可以写另一篇超长文）

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。

所有详细步骤都已经略去，渲染完毕后就是load事件了，之后就是自己的JS逻辑处理了

既然略去了一些详细的步骤，那么就提一些可能需要注意的细节把。

这里重绘参考来源中的一张图：（参考来源第一篇）

5.从Event Loop谈JS的运行机制

到此时，已经是属于浏览器页面初次渲染完毕后的事情，JS引擎的一些运行机制分析。

注意，这里不谈可执行上下文，VO，scop chain等概念（这些完全可以整理成另一篇文章了），这里主要是结合Event Loop来谈JS代码是如何执行的。

读这部分的前提是已经知道了JS引擎是单线程，而且这里会用到上文中的几个概念：（如果不是很理解，可以回头温习）

• JS引擎线程

• 事件触发线程

• 定时触发器线程

然后再理解一个概念：

• JS分为同步任务和异步任务

• 同步任务都在主线程上执行，形成一个执行栈

• 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。

• 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。

看图

看到这里，应该就可以理解了：为什么有时候setTimeout推入的事件不能准时执行？因为可能在它推入到事件列表时，主线程还不空闲，正在执行其它代码， 所以自然有误差。

事件循环机制进一步补充

这里就直接引用一张图片来协助理解：（参考自Philip Roberts的演讲《Help, I’m stuck in an event-loop》）

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

6.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

但事件上，里面还有一些隐藏细节，譬如调用setTimeout后，是如何等待特定时间后才添加到事件队列中的？

是JS引擎检测的么？当然不是了。它是由定时器线程控制（因为JS引擎自己都忙不过来，根本无暇分身）

为什么要单独的定时器线程？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，因此很有必要单独开一个线程用来计时。

什么时候会用到定时器线程？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。

譬如:

这段代码的作用是当1000毫秒计时完毕后（由定时器线程计时），将回调函数推入事件队列中，等待主线程执行

这段代码的效果是最快的时间内将回调函数推入事件队列中，等待主线程执行

注意：

• 执行结果是：先begin后hello!

• 虽然代码的本意是0毫秒后就推入事件队列，但是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)

• 就算不等待4ms，就算假设0毫秒就推入事件队列，也会先执行begin（因为只有可执行栈内空了后才会主动读取事件队列）

 

7.setTimeout而不是setInterval

用setTimeout模拟定期计时和直接用setInterval是有区别的。

因为每次setTimeout计时到后就会去执行，然后执行一段时间后才会继续setTimeout，中间就多了误差 （误差多少与代码执行时间有关）

而setInterval则是每次都精确的隔一段时间推入一个事件 （但是，事件的实际执行时间不一定就准确，还有可能是这个事件还没执行完毕，下一个事件就来了）

而且setInterval有一些比较致命的问题就是：

• 累计效应（上面提到的），如果setInterval代码在（setInterval）再次添加到队列之前还没有完成执行， 就会导致定时器代码连续运行好几次，而之间没有间隔。 就算正常间隔执行，多个setInterval的代码执行时间可能会比预期小（因为代码执行需要一定时间）

• 而且把浏览器最小化显示等操作时，setInterval并不是不执行程序， 它会把setInterval的回调函数放在队列中，等浏览器窗口再次打开时，一瞬间全部执行时

所以，鉴于这么多但问题，目前一般认为的最佳方案是：用setTimeout模拟setInterval，或者特殊场合直接用requestAnimationFrame

补充：JS高程中有提到，JS引擎会对setInterval进行优化，如果当前事件队列中有setInterval的回调，不会重复添加。不过，仍然是有很多问题。。。

7.事件循环进阶：macrotask与microtask

这段参考了参考来源中的第2篇文章（英文版的），（加了下自己的理解重新描述了下）， 强烈推荐有英文基础的同学直接观看原文，作者描述的很清晰，示例也很不错，如下：

https://jakearchibald.com/2015/tasks-microtasks-queues-and-schedules/

上文中将JS事件循环机制梳理了一遍，在ES5的情况是够用了，但是在ES6盛行的现在，仍然会遇到一些问题，譬如下面这题：

嗯哼，它的正确执行顺序是这样子的：

为什么呢？因为Promise里有了一个一个新的概念：microtask

或者，进一步，JS中分为两种任务类型：macrotask和microtask，在ECMAScript中，microtask称为jobs，macrotask可称为task

它们的定义？区别？简单点可以按如下理解：

• macrotask（又称之为宏任务），可以理解是每次执行栈执行的代码就是一个宏任务（包括每次从事件队列中获取一个事件回调并放到执行栈中执行）

  • 每一个task会从头到尾将这个任务执行完毕，不会执行其它

  • 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->...）

• microtask（又称为微任务），可以理解是在当前 task 执行结束后立即执行的任务

  • 也就是说，在当前task任务后，下一个task之前，在渲染之前

  • 所以它的响应速度相比setTimeout（setTimeout是task）会更快，因为无需等渲染

  • 也就是说，在某一个macrotask执行完后，就会将在它执行期间产生的所有microtask都执行完毕（在渲染前）

分别很么样的场景会形成macrotask和microtask呢？

• macrotask：主代码块，setTimeout，setInterval等（可以看到，事件队列中的每一个事件都是一个macrotask）

• microtask：Promise，process.nextTick等

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。

另外，setImmediate则是规定：在下一次Event Loop（宏任务）时触发（所以它是属于优先级较高的宏任务）， （Node.js文档中称，setImmediate指定的回调函数，总是排在setTimeout前面）， 所以setImmediate如果嵌套的话，是需要经过多个Loop才能完成的， 而不会像process.nextTick一样没完没了。

参考：https://segmentfault.com/q/1010000011914016

再根据线程来理解下：

• macrotask中的事件都是放在一个事件队列中的，而这个队列由事件触发线程维护

• microtask中的所有微任务都是添加到微任务队列（Job Queues）中，等待当前macrotask执行完毕后执行，而这个队列由JS引擎线程维护 （这点由自己理解+推测得出，因为它是在主线程下无缝执行的）

所以，总结下运行机制：

• 执行一个宏任务（栈中没有就从事件队列中获取）

• 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

• 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）

• 当前宏任务执行完毕，开始检查渲染，然后GUI线程接管渲染

• 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）

另外，请注意下Promise的polyfill与官方版本的区别：

• 官方版本中，是标准的microtask形式

• polyfill，一般都是通过setTimeout模拟的，所以是macrotask形式

• 请特别注意这两点区别

注意，有一些浏览器执行结果不一样（因为它们可能把microtask当成macrotask来执行了）， 但是为了简单，这里不描述一些不标准的浏览器下的场景（但记住，有些浏览器可能并不标准）

20180126补充：使用MutationObserver实现microtask

MutationObserver可以用来实现microtask （它属于microtask，优先级小于Promise， 一般是Promise不支持时才会这样做）

它是HTML5中的新特性，作用是：监听一个DOM变动， 当DOM对象树发生任何变动时，Mutation Observer会得到通知

像以前的Vue源码中就是利用它来模拟nextTick的， 具体原理是，创建一个TextNode并监听内容变化， 然后要nextTick的时候去改一下这个节点的文本内容， 如下：（Vue的源码，未修改）

不过，现在的Vue（2.5+）的nextTick实现移除了MutationObserver的方式（据说是兼容性原因）， 取而代之的是使用MessageChannel （当然，默认情况仍然是Promise，不支持才兼容的）。

MessageChannel属于宏任务，优先级是：MessageChannel->setTimeout， 所以Vue（2.5+）内部的nextTick与2.4及之前的实现是不一样的，需要注意下。

这里不展开，可以看下https://juejin.im/post/5a1af88f5188254a701ec230