JS事件循环

周壳儿
123 阅读9分钟

浏览器的进程模型

何为进程？

一个程序运行需要内存空间，存储变量，对象等等。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？

有了进程之后，就可以运行程序的代码了。那么谁来运行这个代码呢？可以把运行代码的“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线程来执行代码，所以一个进程可以包含多个线程。

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。

这些进程中最主要有三个，或者说我们关心的只有三个：浏览器进程，网络进程，渲染进程。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（不是web页面，是导航栏，前进后退按钮等等）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：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，以保证不同标签页之间不相互影响。

tips：将来该模式可能会有所改变，可能会改为一个站点一个进程，详情查询Chrome官方说明文档。

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，事件循环就发生在这个线程中，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（帧率）
  • 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
  • ……

tips：为什么渲染进程不能用多个线程来处理这些事情？

在处理这么多任务的时候，总会遇到一些问题，比如：

  • 现在正在执行一个JS函数，执行到一半时用户点击了按钮，该立刻执行点击事件的处理函数吗？
  • 现在正在执行一个JS函数，执行到一半的时候某个定时器到时间了，应该立即执行它的回调吗？
  • 浏览器进程通知我“用户点击了按钮”，与此同时，某个计时器也到时间了，应该先处理哪一个？
  • ……

问题出现了，应该如何调度任务？渲染主线程想到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（massage queue）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达到执行时机，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。

想象一下，页面上有一个定时器：

setTimeout(function () {
    console.log(1);
}, 3000);
console.log(2);

如果渲染主线程等待这个定时器3秒，然后再执行定时器后面的代码，那会依次输出1和2，这就是所谓的同步，很好理解，但是会出大事（当然，如果你了解前端就知道会先输出2），因为渲染主线程承担着极其重要的工作，不能阻塞，所以，浏览器选择异步来解决这个问题。

还是上面那个计时器，异步操作的过程是什么样的：

  • 渲染主线程会通知计时线程计时，当前任务结束。
  • 计时线程会在计时结束后，将回调函数放入到消息队列的末尾

如何理解JS的异步？

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。具体做法就是当某些任务发生时，比如计时器，网络请求，时间监听，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，加入到消息队列的末尾排队，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为何会阻塞渲染？

其实这个问题的答案很简单：因为JS执行和页面渲染都在浏览器的渲染主线程上，渲染主线程在执行JS，那渲染任务就要在消息队列里排队等待。

var p = document.querySelector('p');

//用死循环模拟长时间的js执行
function delay (duration) {
    var start = Date.now();
    while (Date.now() - start < duration) {}
}

p.onclick = function () {
    p.textContent = 'test';
    delay(3000);
}
  • 渲染主进程开始执行JS代码：获取DOM元素，定义事件，通知交互线程监听点击事件，任务结束
  • 当点击事件发生，交互线程把回调函数放入消息队列
  • 渲染主进程执行点击回调，第一行赋值时，会触发一个渲染任务，主线程将渲染任务放入消息队列，然后继续执行后面的delay函数，此时不会渲染，因为delay需要运行3秒
  • 当delay函数执行结束之后，整个函数执行结束，才会去执行渲染任务

tips：React的fiber机制会在渲染间隙执行JS，减少页面阻塞。

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不同的队列。在一次时间循环中，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 html.spec.whatwg.org/multipage/w…

tips：随着浏览器的复杂度急剧提升，W3C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：用于存放计时器到时后的回调任务，优先级中
  • 交互队列：用于存放用户操作后产生的时间处理任务，优先级高
  • 微队列：用于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是使用Promise、MutationObserver

例如：

// 立即把fn添加到微队列
Promise.resolve().then(fn)

浏览器还有很多其他的队列，由于和我们开发关系不大，不做考虑

阐述一下JS的事件循环

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的分为宏队列和微队列，这种说法目前已经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，微队列的任务优先级最高，必须优先执行。

JS中的计时器能做到精确计时吗？为什么？

不能，因为：

  1. 计算机硬件没有原子钟，无法做到精确计时（计算机的计时使用CPU寄存器做的）
  2. 操作系统的计时函数本身就有少量偏差，由于JS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

tips：单线程是异步产生的原因，事件循环是异步的实现方式

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