关于js解析的深入学习

小黑龙
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说明

尝试回答几个问题：

  1. 进程和线程有什么不同？
  2. 为什么js引擎是单线程的？
  3. setTimeout和setInterval是怎么实现计时功能的？
  4. js代码的执行会影响页面的渲染吗？
  5. DOMContentLoaded和load的区别？
  6. 你了解硬件加速技术吗？

进程和线程的区别

  • 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）；
  • 每个进程都有自己的资源，同一个进程内的线程可以共享该进程的资源；

做个比喻：

- 进程是一个工厂，工厂有它的独立资源； （系统分配内存）
- 工厂之间相互独立； （进程之间相互独立，通信比较困难）
- 线程是工厂中的工人，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）

举个例子：

打开任务管理器，就会看到电脑正在运行的进程，并且每个进程都有自己的内存。

image.png

浏览器的多进程

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。

可以打开浏览器的任务管理器查看当前的进程，tab标签页与进程并不一定是一一对应的，浏览器可能会有自己的优化策略，将一些进程合并成一个进程。例如：多个空白标签页被合并成一个进程。

image.png

浏览器都包含哪些进程？

浏览器的主要进程有：

  1. 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；

  2. 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；

  3. GPU进程：最多一个，用于3D绘制等；

  4. 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。

在浏览器中打开一个网页相当于新起了一个进程（进程内有自己的多线程） 。

浏览器多进程的优势

  1. 避免单个page crash影响整个浏览器；
  2. 避免第三方插件crash影响整个浏览器；
  3. 多进程充分利用多核优势；
  4. 方便使用沙盒模型隔离插件等进程，提高浏览器稳定性；

如果浏览器是单进程，那么某个Tab页崩溃了，就影响了整个浏览器，体验有多差；同理如果是单进程，插件崩溃了也会影响整个浏览器。

渲染进程（浏览器内核）

对于前端操作来说，最重要的就是渲染进程。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。并且浏览器的渲染进程是多线程的，包含的线程有：

  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。

image.png

事件循环机制是基于事件触发线程的，所以要先理解事件触发线程才能彻底理解事件循环机制。

Browser进程和渲染进程（浏览器内核）的通信

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，看下整个的简化过程：

  1. 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；

  2. 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；

  3. Browser进程接收到结果并将结果绘制出来。

渲染进程（浏览器内核）中多线层之间的关系

GUI渲染线程与JS引擎线程互斥

由于JavaScript是可操纵DOM的，如果在修改这些元素属性同时渲染界面（即JS线程和UI线程同时运行），那么渲染线程前后获得的元素数据就可能不一致了。

因此为了防止渲染出现不可预期的结果，浏览器设置GUI渲染线程与JS引擎为互斥的关系，当JS引擎执行时GUI线程会被挂起， GUI更新则会被保存在一个队列中等到JS引擎线程空闲时立即被执行。

JS阻塞页面加载

从上述的互斥关系，可以推导出，JS如果执行时间过长就会阻塞页面。

举个例子，假设JS引擎正在进行巨量的计算，此时就算GUI有更新，也会被保存到队列中，等待JS引擎空闲后执行。 然后，由于巨量计算，所以JS引擎很可能很久很久后才能空闲，自然会感觉到巨卡无比。所以，要尽量避免JS执行时间过长，这样就会造成页面的渲染不连贯，导致页面渲染加载阻塞的感觉。

WebWorker

针对上述中js执行时间过长会阻塞页面，html5推出了WebWorker，可以用来处理密集型计算。MDN对于WebWorker的官方解释是：

Web Worker为Web内容在后台线程中运行脚本提供了一种简单的方法。线程可以执行任务而不干扰用户界面。

一个worker是使用一个构造函数创建的一个对象(e.g. Worker()) 运行一个命名的JavaScript文件， 这个文件包含将在工作线程中运行的代码； workers 运行在另一个全局上下文中，不同于当前的window， 因此，在 Worker 内通过 window获取全局作用域 (而不是self) 将返回错误。

  • 创建Worker时，JS引擎向浏览器申请开一个子线程（子线程是浏览器开的，完全受主线程控制，而且不能操作DOM）。
  • JS引擎线程与worker线程间通过特定的方式通信（postMessage API，需要通过序列化对象来与线程交互特定的数据）。

WebWorker与SharedWorker的区别

  1. WebWorker只属于某个页面，不会和其他页面的Render进程（浏览器内核进程）共享。所以Chrome在Render进程中（每一个Tab页就是一个render进程）创建一个新的线程来运行Worker中的JavaScript程序。
  2. SharedWorker是浏览器所有页面共享的，不能采用与Worker同样的方式实现，因为它不隶属于某个Render进程，可以为多个Render进程共享使用。所以Chrome浏览器为SharedWorker单独创建一个进程来运行JavaScript程序，在浏览器中每个相同的JavaScript只存在一个SharedWorker进程，不管它被创建多少次。
  3. 本质上就是进程和线程的区别；SharedWorker由独立的进程管理，WebWorker只是属于render进程下的一个线程。

浏览器渲染的简化流程

image.png

  1. 浏览接接收到html内容后，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。

渲染完毕后触发load事件。

load事件与DOMContentLoaded事件的先后顺序

明确顺序为：DOMContentLoaded -> load。

  • 当初始的 HTML 文档被完全加载和解析完成之后，DOMContentLoaded 事件被触发，而无需等待样式表、图像和子框架的完全加载。
  • 当页面上所有的DOM、样式表、脚本、图片都已经加载完成了，才会触发load事件。

css加载是否会阻塞dom树渲染？

这里讨论的是头部引入css的情况，首先明确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）

普通图层和复合图层

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。

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）。

可以在Chrome源码调试 -> More Tools -> Rendering -> Layer borders中看到，黄色的就是复合图层信息。 image.png

复合图层的特点

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特别好。

复合图层的应用

将该元素变成一个复合图层，就是传说中的硬件加速技术，可以独立于普通文档流中，改动后可以避免整个页面重绘，提升性能。但是尽量不要大量使用复合图层，否则由于资源消耗过度，页面反而会变的更卡。

怎么变成复合图层？

  1. 最常用的方式：translate3d、translateZ；
  2. opacity属性/过渡动画（需要动画执行的过程中才会创建合成层，动画没有开始或结束后元素还会回到之前的状态）；
  3. will-chang属性（这个比较偏僻），一般配合opacity与translate使用（而且经测试，除了上述可以引发硬件加速的属性外，其它属性并不会变成复合层），作用是提前告诉浏览器要变化，这样浏览器会开始做一些优化工作（这个最好用完后就释放）；
  4. <video><iframe><canvas><webgl>等元素；
  5. 其它，譬如以前的flash插件。

absolute和硬件加速的区别

absolute虽然可以脱离普通文档流，但是无法脱离默认复合层。 所以，就算absolute中信息改变时不会改变普通文档流中render树， 但是，浏览器最终绘制时，是整个复合层绘制的，所以absolute中信息的改变，仍然会影响整个复合层的绘制。 （浏览器会重绘它，如果复合层中内容多，absolute带来的绘制信息变化过大，资源消耗是非常严重的）。

而硬件加速直接就是在另一个复合层了（另起炉灶），所以它的信息改变不会影响默认复合层 （当然了，内部肯定会影响属于自己的复合层），仅仅是引发最后的合成（输出视图）。

硬件加速时请使用index

使用硬件加速时，尽可能的使用index，防止浏览器默认给后续的元素创建复合层渲染。

具体的原理是这样的： webkit CSS3中，如果这个元素添加了硬件加速，并且index层级比较低， 那么在这个元素的后面其它元素（层级比这个元素高的，或者相同的，并且releative或absolute属性相同的）， 会默认变为复合层渲染，如果处理不当会极大的影响性能。

简单点理解，其实可以认为是一个隐式合成的概念：如果a是一个复合图层，而且b在a上面，那么b也会被隐式转为一个复合图层，这点需要特别注意。

事件循环机制

在下一篇文章中具体介绍js的事件循环。

总结

注意css代码和html代码的书写顺序，应该先解析css再解析html，防止出现白屏、闪烁的情况。注意js代码的执行时间，js的执行也会影响到页面的渲染。妥善使用硬件加速技术，使用不当反而会影响性能。

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