浏览器进程模型大揭秘：从原理到实践

浏览器的进程模型

何为进程？

程序运行需要有它自己专属的内存空间，可以把这块内存空间简单的理解为进程。

每个应用至少有一个进程，进程之间相互独立，即使要通信，也需要双方同意。

何为线程？

有了进程后，就可以运行程序的代码了。

运行代码的「人」称之为「线程」。

一个进程至少有一个线程，所以在进程开启后会自动创建一个线程来运行代码，该线程称之为主线程。

如果程序需要同时执行多块代码，主线程就会启动更多的线程来执行代码，所以一个进程中可以包含多个线程。

浏览器有哪些进程和线程？

浏览器是一个多进程多线程的应用程序

浏览器内部工作极其复杂。

为了避免相互影响，为了减少连环崩溃的几率，当启动浏览器后，它会自动启动多个进程。

可以在浏览器的任务管理器中查看当前的所有进程

1. 浏览器进程

主要负责界面显示、用户交互、子进程管理等。浏览器进程内部会启动多个线程处理不同的任务。

2. 网络进程

负责加载网络资源。网络进程内部会启动多个线程来处理不同的网络任务。

3. 渲染进程（本节课重点讲解的进程）

渲染进程启动后，会开启一个渲染主线程，主线程负责执行HTML、CSS、JS代码。
默认情况下，浏览器会为每个标签页开启一个新的渲染进程，以保证不同的标签页之间不相互影响。

将来该默认模式可能会有所改变，有兴趣的同学可参见chrom官方说明文挡

渲染主线程是如何工作的？

渲染主线程是浏览器中最繁忙的线程，需要它处理的任务包括但不限于：

• 解析HTML
• 解析CSS
• 计算样式
• 布局
• 处理图层
• 每秒把页面画60次
• 执行全局JS代码
• 执行事件处理函数
• 执行计时器的回调函数

思考题：为什么渲染进程不适用多个线程来处理这些事情？

要处理这么多的任务，主线程遇到了一个前所未有的难题：如何调度任务？
比如：

• 我正在执行一个JS函数，执行到一半的时候用户点击了按钮，我该立即去执行点击事件的处理函数吗？
• 我正在执行一个JS函数，执行到一半的时候某个计时器到达了时间，我该立即去执行它的回调吗？
• 浏览器进程通知我“用户点击了按钮”，与此同时，某个计时器也到达了时间，我应该处理哪一个呢？
• …

渲染主线程想出了一个绝妙的主意来处理这个问题：排队

1. 在最开始的时候，渲染主线程会进入一个无限循环
2. 每一次循环会检查消息队列中是否有任务存在。如果有，就取出第一个任务执行，执行完一个后进入下一次循环；如果没有，则进入休眠状态。
3. 其他所有线程（包括其他进程的线程）可以随时向消息队列添加任务。新任务会加到消息队列的末尾。在添加新任务时，如果主线程是休眠状态，则会将其唤醒以继续循环拿取任务

这样一来，就可以让每个任务有条不紊的、持续的进行下去了。
整个过程，被称之为事件循环（消息循环）

若干解释

何为异步？

代码在执行过程中，会遇到一些无法立即处理的任务，比如：

• 计时完成后需要执行的任务 – setTimeout、setInterval
• 网络通信完成后需要执行的任务 – XHR、Fetch
• 用户操作后需要执行的任务 – addEventListener

如果让渲染主线程等待这些任务的时机达到，就会导致主线程长期处于「阻塞」的状态，从而导致浏览

器「卡死」

渲染主线程承担着极其重要的工作，无论如何都不能阻塞！

因此，浏览器选择异步来解决效个问题

使用异步的方式，渲染主线程永不阻塞

面试题：如何理解JS的异步？
参考答案：
JS是一门单线程的语言，这是因为它运行在浏览器的渲染主线程中，而渲染主线程只有一个。
而渲染主线程承担着诸多的工作，渲染页面、执行JS都在其中运行。
如果使用同步的方式，就极有可能导致主线程产生阻塞，从而导致消息队列中的很多其他任务无法得到执行。
这样一来，一方面会导致繁忙的主线程白白的消耗时间，另一方面导致页面无法及时更新，给用户造成卡死现象。
所以浏览器采用异步的方式来避免。具体做法是当某些任务发生时，比如计时器、网络、事件监听，主线程将任务交给其他线程去处理，自身立即结束任务的执行，转而执行后续代码。当其他线程完成时，将事先传递的回调函数包装成任务，加入到消息队列的未尾排队，等待主线程调度执行。
在这种异步模式下，浏览器永不阻塞，从而最大限度的保证了单线程的流畅运行。

JS为何会阻碍渲染？

<h1>Mr.Niu is awesome!</h1>
<button>change</button>
<script>
  var h1 document.querySelector('h1');
  var btn document.querySelector('button');
  
  //死循环指定的时间
  function delay(duration) {
    var start Date.now();
    while (Date.now()-start duration)
  }
  btn.onclick function () {
    h1.textContent='牛老师很帅！'：
    delay(3000);
  }
</script>

任务有优先级吗？

任务没有优先级，在消息队列中先进先出
但消息队列是有优先级的
根据 W3C 的最新解释：

• 每个任务都有一个任务类型，同一个类型的任务必须在一个队列，不同类型的任务可以分属于不同的队列。在一次事件循环中，浏览器可以根据实际情况从不同的队列中取出任务执行。
• 浏览器必须准备好一个微队列，微队列中的任务优先所有其他任务执行https://html.spec.whatwg.org/multipage/webappapis.html#perform-a-microtask-checkpoint

随着浏览器的复杂度急剧提升，3C不再使用宏队列的说法

在目前chrome的实现中，至少包含了下面的队列：

• 延时队列：用于存放计时器到达后的回调任务，优先级「中」
• 交互队列：用于存放用户操作后产生的事件处理任务，优先级「高」
• 微队列：用户存放需要最快执行的任务，优先级「最高」

添加任务到微队列的主要方式主要是使用Promise、MutationObserver
例如：

//立即把一个函数添加到微队列  
Promise.resolve().then(函数)

多队列执行视图：

面试题：阐述一下 JS 的事件循环
参考答案：
事件循环又叫做消息循环，是浏览器渲染主线程的工作方式。
在 Chrome 的源码中，它开启一个不会结束的for循环，每次循环从消息队列中取出第一个任务执行，而其
他线程只需要在合适的时候将任务加入到队列末尾即可。
过去把消息队列简单分为宏队列和微队列，这种说法目前已无法满足复杂的浏览器环境，取而代之的是一种更加灵活多变的处理方式。
根据W3C官方的解释，每个任务有不同的类型，同类型的任务必须在同一个队列，不同的任务可以属于不同的队列。不同任务队列有不同的优先级，在一次事件循环中，由浏览器自行决定取哪一个队列的任务。但浏览器必须有一个微队列，微队列的任务一定具有最高的优先级，必须优先调度执行。

面试题：JS中的计时器能做到精确计时吗？为什么？
参考答案：
不行，因为：

1. 计算机硬件没有原子钟，无法做到精确计时
2. 操作系统的计时函数本身就有少量偏差，由于JS的计时器最终调用的是操作系统的函数，也就携带了这

些偏差

3. 按照W3C的标准，浏览器实现计时器时，如果嵌套层级超过5层，则会带有4毫秒的最少时间，这样在计时时间少于4毫秒时又带来了偏差
4. 受事件循环的影响，计时器的回调函数只能在主线程空闲时运行，因此又带来了偏差