JS运行机制理解

浏览器进程

• 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

浏览器内核（渲染进程）

上面提到了这么多的进程，那么，对于普通的前端操作来说，最终要的是什么呢？答案是渲染进程

可以这样理解，页面的渲染，JS的执行，事件的循环，都在这个进程内进行。接下来重点分析这个进程

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。

                                                                           

Browser进程和浏览器内核（Renderer进程）的通信过程

看到这里，首先，应该对浏览器内的进程和线程都有一定理解了，那么接下来，再谈谈浏览器的Browser进程（控制进程）是如何和内核通信的， 这点也理解后，就可以将这部分的知识串联起来，从头到尾有一个完整的概念。

如果自己打开任务管理器，然后打开一个浏览器，就可以看到：任务管理器中出现了两个进程（一个是主控进程，一个则是打开Tab页的渲染进程）， 然后在这前提下，看下整个的过程：(简化了很多)

• Browser进程收到用户请求，首先需要获取页面内容（譬如通过网络下载资源），随后将该任务通过RendererHost接口传递给Render进程

• Renderer进程的Renderer接口收到消息，简单解释后，交给渲染线程，然后开始渲染

  • 渲染线程接收请求，加载网页并渲染网页，这其中可能需要Browser进程获取资源和需要GPU进程来帮助渲染

  • 当然可能会有JS线程操作DOM（这样可能会造成回流并重绘）

  • 最后Render进程将结果传递给Browser进程

• Browser进程接收到结果并将结果绘制出来

简单梳理下浏览器渲染流程

为了简化理解，前期工作直接省略成：

- 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
复制代码

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

普通图层和复合图层

渲染步骤中就提到了composite概念。

可以简单的这样理解，浏览器渲染的图层一般包含两大类：普通图层以及复合图层

首先，普通文档流内可以理解为一个复合图层（这里称为默认复合层，里面不管添加多少元素，其实都是在同一个复合图层中）

其次，absolute布局（fixed也一样），虽然可以脱离普通文档流，但它仍然属于默认复合层。

然后，可以通过硬件加速的方式，声明一个新的复合图层，它会单独分配资源 （当然也会脱离普通文档流，这样一来，不管这个复合图层中怎么变化，也不会影响默认复合层里的回流重绘）

可以简单理解下：GPU中，各个复合图层是单独绘制的，所以互不影响，这也是为什么某些场景硬件加速效果一级棒。

Event Loop

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。

说一个容易犯错的栗子：

for (var i = 0; i < 5; i++) {
    setTimeout(function() {
        console.log(i);
    }, 1000 * i);
}
	
// 输出：5 5 5 5 5

上面这个栗子并不是输出0，1，2，3，4，第一反应觉得应该是这样。但梳理了JS的时间循环后，应该很容易明白。

调用栈先执行 for(var i = 0; i < 5; i++) {...}方法，里面的定时器会到时间后会直接把回调函数放到事件队列中，等for循环执行完在依次取出放进调用栈。当for循环执行完时，i的值已经变成5，所以最后输出全都是5。

事件循环进阶：macrotask与microtask

先看一个栗子：

console.log('script start');

setTimeout(function() {
    console.log('setTimeout');
}, 0);

Promise.resolve().then(function() {
    console.log('promise1');
}).then(function() {
    console.log('promise2');
});

console.log('script end');

// script start
// script end
// promise1
// promise2
// setTimeout

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

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）