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資訊專欄INFORMATION COLUMN

深入前端-徹底搞懂瀏覽器運行機制

Youngs / 3433人閱讀

摘要:當這些異步任務發(fā)生的時候,它們將會被放入瀏覽器的事件任務隊列中去,等到運行時執(zhí)行線程空閑時候才會按照隊列先進先出的原則被一一執(zhí)行,但終究還是單線程。

瀏覽器是多進程的

Browser進程:

瀏覽器的主進程(負責協(xié)調(diào)、主控),只有一個。

負責瀏覽器界面顯示,與用戶交互。如前進,后退等

負責各個頁面的管理,創(chuàng)建和銷毀其他進程

將Renderer進程得到的內(nèi)存中的Bitmap,繪制到用戶界面上

網(wǎng)絡資源的管理,下載等

第三方插件進程:

每種類型的插件對應一個進程,僅當使用該插件時才創(chuàng)建

GPU進程:

最多一個,用于3D繪制等

瀏覽器渲染進程(瀏覽器內(nèi)核)(Renderer進程,內(nèi)部是多線程的):

默認每個Tab頁面一個進程,互不影響。主要作用為
頁面渲染,腳本執(zhí)行,事件處理等

新建頁面都會開啟一個新的進程

上面的進程會輔助這個進程的執(zhí)行,其中渲染進程對頁面的影響最重要

怎么查看瀏覽器進程情況

打開Chrome Shift+Esc;我們可以看到進程情況,Chrome圖標就是Browser主進程

多線程優(yōu)缺點

避免單個page crash影響整個瀏覽器

避免第三方插件crash影響整個瀏覽器

多進程充分利用多核優(yōu)勢

方便使用沙盒模型隔離插件等進程,提高瀏覽器穩(wěn)定性

簡單點理解:如果瀏覽器是單進程,那么某個Tab頁崩潰了,就影響了整個瀏覽器,體驗有多差;同理如果是單進程,插件崩潰了也會影響整個瀏覽器;而且多進程還有其它的諸多優(yōu)勢,當然內(nèi)存等資源消耗也會更大

重點是瀏覽器內(nèi)核(渲染進程)該進程有多個線程完成 GUI渲染線程

負責渲染瀏覽器界面,解析HTML,CSS,構(gòu)建DOM樹和RenderObject樹,布局和繪制等。
當界面需要重繪(Repaint)或由于某種操作引發(fā)回流(reflow)時,該線程就會執(zhí)行
注意,GUI渲染線程與JS引擎線程是互斥的,當JS引擎執(zhí)行時GUI線程會被掛起(相當于被凍結(jié)了),GUI更新會被保存在一個隊列中等到JS引擎空閑時立即被執(zhí)行。

JS引擎線程

也稱為JS內(nèi)核,負責處理Javascript腳本程序。(例如V8引擎)
JS引擎線程負責解析Javascript腳本,運行代碼。
JS引擎一直等待著任務隊列中任務的到來,然后加以處理,一個Tab頁(renderer進程)中無論什么時候都只有一個JS線程在運行JS程序
同樣注意,GUI渲染線程與JS引擎線程是互斥的,所以如果JS執(zhí)行的時間過長,這樣就會造成頁面的渲染不連貫,導致頁面渲染加載阻塞。

事件觸發(fā)線程

歸屬于瀏覽器而不是JS引擎,用來控制事件循環(huán)(可以理解,JS引擎自己都忙不過來,需要瀏覽器另開線程協(xié)助)
當JS引擎執(zhí)行代碼塊如setTimeOut時(也可來自瀏覽器內(nèi)核的其他線程,如鼠標點擊、AJAX異步請求等),會將對應任務添加到事件線程中
當對應的事件符合觸發(fā)條件被觸發(fā)時,該線程會把事件添加到待處理隊列的隊尾,等待JS引擎的處理
注意,由于JS的單線程關系,所以這些待處理隊列中的事件都得排隊等待JS引擎處理(當JS引擎空閑時才會去執(zhí)行)

定時觸發(fā)器線程

傳說中的setInterval與setTimeout所在線程
瀏覽器定時計數(shù)器并不是由JavaScript引擎計數(shù)的,(因為JavaScript引擎是單線程的, 如果處于阻塞線程狀態(tài)就會影響記計時的準確)
因此通過多帶帶線程來計時并觸發(fā)定時(計時完畢后,添加到事件隊列中,等待JS引擎空閑后執(zhí)行)
注意,W3C在HTML標準中規(guī)定,規(guī)定要求setTimeout中低于4ms的時間間隔算為4ms。

異步http請求線程

在XMLHttpRequest在連接后是通過瀏覽器新開一個線程請求
將檢測到狀態(tài)變更時,如果設置有回調(diào)函數(shù),異步線程就產(chǎn)生狀態(tài)變更事件,將這個回調(diào)再放入事件隊列中。再由JavaScript引擎執(zhí)行。

進程間的通信過程

Browser進程收到用戶請求,首先需要獲取頁面內(nèi)容(譬如通過網(wǎng)絡下載資源),隨后將該任務通過RendererHost接口傳遞給Render進程

Renderer進程的Renderer接口收到消息,簡單解釋后,交給渲染線程,然后開始渲染

渲染線程接收請求,加載網(wǎng)頁并渲染網(wǎng)頁,這其中可能需要Browser進程獲取資源和需要GPU進程來幫助渲染

當然可能會有JS線程操作DOM(這樣可能會造成回流并重繪)

最后Render進程將結(jié)果傳遞給Browser進程

Browser進程接到結(jié)果并將結(jié)果繪制出來

渲染進程(瀏覽器內(nèi)核)線程的關系 GUI渲染線程與JS引擎線程互斥

由于JavaScript是可操縱DOM的,如果在修改這些元素屬性同時渲染界面(即JS線程和UI線程同時運行),那么渲染線程前后獲得的元素數(shù)據(jù)就可能不一致了。
因此為了防止渲染出現(xiàn)不可預期的結(jié)果,瀏覽器設置GUI渲染線程與JS引擎為互斥的關系,當JS引擎執(zhí)行時GUI線程會被掛起,
GUI更新則會被保存在一個隊列中等到JS引擎線程空閑時立即被執(zhí)行。

JS阻塞頁面加載

從上述的互斥關系,可以推導出,JS如果執(zhí)行時間過長就會阻塞頁面。
譬如,假設JS引擎正在進行巨量的計算,此時就算GUI有更新,也會被保存到隊列中,等待JS引擎空閑后執(zhí)行。
然后,由于巨量計算,所以JS引擎很可能很久很久后才能空閑,自然會感覺到巨卡無比。
所以,要盡量避免JS執(zhí)行時間過長,這樣就會造成頁面的渲染不連貫,導致頁面渲染加載阻塞的感覺。

WebWorker,JS的多線程

JavaScript引擎是單線程運行的,JavaScript中耗時的I/O操作都被處理為異步操作,它們包括鍵盤、鼠標I/O輸入輸出事件、窗口大小的resize事件、定時器(setTimeout、setInterval)事件、Ajax請求網(wǎng)絡I/O回調(diào)等。當這些異步任務發(fā)生的時候,它們將會被放入瀏覽器的事件任務隊列中去,等到JavaScript運行時執(zhí)行線程空閑時候才會按照隊列先進先出的原則被一一執(zhí)行,但終究還是單線程。

創(chuàng)建Worker時,JS引擎向瀏覽器申請開一個子線程(子線程是瀏覽器開的,完全受主線程控制,而且不能操作DOM)
JS引擎線程與worker線程間通過特定的方式通信(postMessage API,需要通過序列化對象來與線程交互特定的數(shù)據(jù))

//主線程 main.js
var worker = new Worker("worker.js");
worker.onmessage = function(event){
    // 主線程收到子線程的消息
};
// 主線程向子線程發(fā)送消息
worker.postMessage({
    type: "start",
    value: 12345
});

//web worker.js
onmessage = function(event){
   // 收到
};
postMessage({
    type: "debug",
    message: "Starting processing..."
});
瀏覽器渲染流程 拿到內(nèi)容

瀏覽器根據(jù) DNS 服務器得到域名的 IP 地址

向這個 IP 的機器發(fā)送 HTTP 請求

服務器收到、處理并返回 HTTP 請求

瀏覽器得到返回內(nèi)容

解析內(nèi)容建立Rendering Tree 解析HTMl構(gòu)建dom

dom作用: HTMLDOM是HTML Document Object Model(文檔對象模型)的縮寫,HTML DOM則是專門適用于HTML/XHTML的文檔對象模型。熟悉軟件開發(fā)的人員可以將HTML DOM理解為網(wǎng)頁的API。它將網(wǎng)頁中的各個元素都看作一個個對象,從而使網(wǎng)頁中的元素也可以被計算機語言獲取或者編輯。

dom規(guī)定

整個文檔是一個文檔節(jié)點

每個HTML標簽是一個元素節(jié)點

包含在HTML元素中的文本是文本節(jié)點

每一個HTML屬性是一個屬性節(jié)點(屬性節(jié)點是另一個層面的理解,在瀏覽器后臺打印的時候,不存在屬性節(jié)點)

注釋屬于注釋節(jié)點

解析過程:瀏覽器會自動把HTML文檔解析為一個“文檔對象模型”,即Document Object Model,簡稱DOM,這是一個樹形結(jié)構(gòu),樹根是Document對象,樹干是網(wǎng)頁的根元素,然后分出兩個枝丫,一個是,一個是,然后網(wǎng)頁上的其他標簽就是這棵樹上的樹葉和樹枝了,通過這個結(jié)構(gòu),就可以查找和控制網(wǎng)頁上的任何一個元素了。因此,可以這么說,網(wǎng)頁上的任何元素都是Document對象的子對象。

解析CSS產(chǎn)生CSS規(guī)則樹,css是由多帶帶的下載線程異步下載的,本身不會阻塞Dom加載,它和DOM結(jié)構(gòu)比較像然后結(jié)合DOM生成RenderTree Javascript解析, 通過 DOM API 和 CSSOM API 來操作 DOM Tree 和 CSS Rule Tree。 布局render樹(Layout/reflow),負責各元素尺寸、位置的計算 繪制render樹(paint),繪制頁面像素信息 瀏覽器會將各層的信息發(fā)送給GPU,GPU會將各層合成(composite),顯示在屏幕上

渲染過程中的問題 DOMContentLoaded與onload

當 DOMContentLoaded 事件觸發(fā)時,僅當DOM加載完成,不包括樣式表,圖片

當 onload 事件觸發(fā)時,頁面上所有的DOM,樣式表,腳本,圖片都已經(jīng)加載完成了。 (渲染完畢了)

DOMContentLoaded -> load

瀏覽器如果渲染過程中遇到JS文件怎么處理?

上面說過GUI渲染線程與JS引擎線程是互斥的,所以渲染過程中,如果遇到

沒有 defer 或 async,瀏覽器會立即加載并執(zhí)行指定的腳本,也就是說不等待后續(xù)載入的文檔元素,讀到就加載并執(zhí)行。

(延遲執(zhí)行)

defer 屬性表示延遲執(zhí)行引入的 JavaScript,即這段 JavaScript 加載時 HTML 并未停止解析,這兩個過程是并行的。整個 document 解析完畢且 defer-script 也加載完成之后(這兩件事情的順序無關),會執(zhí)行所有由 defer-script 加載的 JavaScript 代碼,然后觸發(fā) DOMContentLoaded 事件。

defer 與相比普通 script,有兩點區(qū)別:載入 JavaScript 文件時不阻塞 HTML 的解析,執(zhí)行階段被放到 HTML 標簽解析完成之后。 在加載多個JS腳本的時候,async是無順序的加載,而defer是有順序的加載。

(異步下載)

async 屬性表示異步執(zhí)行引入的 JavaScript,與 defer 的區(qū)別在于,如果已經(jīng)加載好,就會開始執(zhí)行。也就是加載不阻塞,執(zhí)行會阻塞。

瀏覽器的回流與重繪 (Reflow & Repaint)

瀏覽器使用流式布局模型 (Flow Based Layout)。
有了RenderTree,我們就知道了所有節(jié)點的樣式,然后計算他們在頁面上的大小和位置,最后把節(jié)點繪制到頁面上。

回流

當Render Tree中部分或全部元素的尺寸、結(jié)構(gòu)、或某些屬性發(fā)生改變時,瀏覽器重新渲染部分或全部文檔的過程稱為回流。

頁面首次渲染

瀏覽器窗口大小發(fā)生改變

元素尺寸或位置發(fā)生改變

元素內(nèi)容變化(文字數(shù)量或圖片大小等等)

元素字體大小變化

添加或者刪除可見的DOM元素

激活CSS偽類(例如::hover)

查詢某些屬性或調(diào)用某些方法

重繪

當頁面中元素樣式的改變并不影響它在文檔流中的位置時(例如:color、background-color、visibility等),瀏覽器會將新樣式賦予給元素并重新繪制它,這個過程稱為重繪。

參考文章

https://segmentfault.com/a/11...

https://juejin.im/post/5a6547...

https://juejin.im/post/5ca0c0...

https://juejin.im/post/5a9923...

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