事件循环-原理

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浏览器的进程模型

何为进程?

程序运行需要有它的专属内存空间,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,即使要通讯,需要双方同意。

这样做的好处就是,当一个进程崩溃,不会影响到其他进程。

何为线程?

有了进程以后,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程序来执行代码,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,它就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其中,最主要的进程有:

  • 浏览器进程 - 主要负责界面显示、用户交互、子进程管理等。浏览器内部会启动多个线程处理不同任务。
  • 网络进程 - 负责加载网络资源。网络进程内部会启用多个线程来处理不同的网络任务。
  • 渲染进程 - 渲染进程启动后,会开启一个渲染主进程,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互相影响。

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,他需要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
  • 执行计算器的回调函数
  • ...

思考题:为什么渲染进程不适合用多个线程来处理这些事情?

要处理这么多任务,主线线程遇到了一个前所未有的难题:如何调度任务?

比如:

  1. 我正在执行一个js函数,执行到了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?
  2. 我正在执行一个js函数,执行到了一半的时候某个计时器到达了时间,我该立即去执行他的回调函数吗?
  3. 浏览器进程通知我“用户点击了按钮”,于此同时,某个计时器也到达了时间应该去处理哪一个呢?

渲染主线程想出来一个绝妙的主意来处理这个问题:排队

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  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中是否存在任务,如果有,就取出第一个任务执行,执行完一个后进入下一个循环;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。在添加新任务是,如果主线程是休眠状态,则会将其唤醒以继续循环拿去任务。

这样一来,就可以让每个任务有条不絮的、持续的进行下去了。

整个过程,被称之为事件循环(消息队列)

何为异步?

码在执行的过程中,会遇到一些无法立即执行的任务,如:

  • 计时完成后需要执行的任务 setTimeout、setInterval
  • 网络通讯完成以后需要执行的任务 XHR、Fatch
  • 用户操作后需要执行的任务 addEventListener

如果让渲染主线程等待任务的时机到达,就会导致主线程长期处于阻塞状态,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,浏览器选择用异步来解决这个问题

image.png

使用异步的方式,渲染主线程将用不阻塞。

面试题:如何理解 js 的异步?

js是一门单线程的语言,这是因为它是运行在浏览器渲染主线程中,而渲染主线程只有一个。

而渲染主线程承担着诸多工作,渲染页面、执行js都在运行其中。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又很多其他任务无法得到执行。这样一来,一方面会造成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。具体做法是当执行某些任务时,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。当其他线程执行完成时,将事先传递好的回调函数包装成任务,加入消息队列末尾排队,等待主线程调度执行。在这种异步的模式下,浏览器用不阻塞,从而最大限度的保证了单线程的流畅运行。

任务有优先级吗?

任务没有优先级,在消息队列中先进先出。

但是消息队列有优先级的

根据 W3C 的最新解释:

  • 每个任务都有一个任务类型,同一个类型的人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,浏览器可以更具实际情况从不同队列中取出任务执行。
  • 浏览器必须准备好一个微队列,微队列的任务优先所有其他任务执行 HTML Standard (whatwg.org)

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:用于存放计时器任务到达后的回调任务 优先级 中
  • 交互队列:用于存放用户操作以后产生的时间处理函数 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)

面试题:阐述一下 js 的事件循环

事件循环又叫消息循环,是浏览器渲染线程的工作方式。

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消息队列末尾即可。过去把消息队列简单的为了宏队列和微队列,这种说法目前已经无法满足复杂的浏览器环境,取而代之的时一种更加灵活的多变的处理方式。更具 W3C 官方解释,每个任务有不同的类型,同类型的任务必须在同一个消息队列,不同的任务可以分属不同的队列。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?

不行,因为:

  1. 计算器硬件没有原子钟,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