浏览器执行原理一

前端共进步
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事件循环

这节课来聊一聊事件循环，首先说这个事件循环它到底有多重要呢，就这么跟你说，你要不会事件循环，你根本就不懂前端，有这么严重吗，必须有这么严重，一点不跟你开玩笑，因为事件循环是浏览器的核心原理，没有事件循环，浏览器根本就跑不起来，啥用没有，你说这个事件循环有多重要，而我们前端不就是跟浏览器打交道吗，所事件循环重要性不言而喻，如果说你学前端是为了玩一玩，娱乐娱乐，那无所谓了，因为咱们前端技术里边呢，有一条从业余到职业的分水岭，这个分水岭上面呢，有很多的技术，事件循环是其中之一。 如果你要把前端当成职业，要谋求一个好的职业发展，事件循环你根本就绕不过去，而且这个事件循环，从实际的角度来说，跟我们很多的JS技术产生了关联，比方说像什么计时器，像什么那个promise，还有网络部分的阿贾克斯，还有node，都跟事件循环有关系，你说这些玩意儿哪个不是面试的参考题，所以说这个事件循环，有的时候我们说它可以极大的缩减面试的时间，怎么讲，你在面试了，来，首先来聊一聊事件循环吧，你要聊得上来，咱们就接着聊，你要聊不上来，我还问啥呢，你说我问啥，他不用问了，所以呢，事件循环对面试官而言，可以极大的提高工作的效率，

通过问你浏览器事件循环，缩减了面试时间，而且咱们JS里边呢，有很多的奇奇怪怪的东西，不知道大家发现没有，这节课听完之后呢，你会发现很多奇怪的东西都可以得到解释了，于是呢，同学们静下心来，踏踏实实的跟着袁老师，花一下三十四十，反正几十分钟的时间把这个事件循环呢，彻彻底底的搞清楚，如果说你之前没有学过事件循环，那么恭喜你，你接下来这段时间看到的将是全网最权威的事件循环解释，你看了这个玩意儿之后呢，其他的都可以不用看了，如果说你之前学过事件循环，那么我要求你把脑袋里边的东西全部清空，全部忘记，为啥呢，因为目前我看到的所有的教程里边讲的事件循环全是有问题的，我都是说的比较客气了，

很多就是完全错误的，为啥我这么自信呢，你们听一会儿你就知道了，因为我的事件循环的知识来源，一是W3C官网，第二呢，是谷歌浏览器的实现源吗，就不纠结了嘛，所以呢，你踏踏实实的跟着我的思路，把事件循环搞清楚，好，咱们这个事件循环要讲的话，他我们要把它前因后果都要讲清楚，不能直接讲它，不然的话就不知道它怎么来的，对吧，我们得首先讲浏览器的进程模型，因为这个事件循环跟浏览器是密切相关的，它不是跟什么JS相关，它跟JS有关系吗，有关系，因为浏览器要执行JS，它的关联是浏览器里边的东西，它是跟浏览器密切相关的，所以说你得先了解浏览器，那么讲这个浏览器呢，我们要讲这个浏览器的进程模型，啥叫进程，首先来看什么叫进程，

浏览器的进程模型

何为进程？

程序运行需要有它自己专属的内存空间，可以把这块内存空间简单的理解为进程

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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线程来执行代码，所以一个进程中可以包含多个线程。

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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。

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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：

  1. 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（本节课重点讲解的进程）

    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，以保证不同的标签页之间不相互影响。

    将来该默认模式可能会有所改变，有兴趣的同学可参见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，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
  • 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
  • ......

思考题：为什么渲染进程不适用多个线程来处理这些事情？

要处理这么多的任务，主线程遇到了一个前所未有的难题：如何调度任务？

比如：

  • 我正在执行一个 JS 函数，执行到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？
  • 我正在执行一个 JS 函数，执行到一半的时候某个计时器到达了时间，我该立即去执行它的回调吗？
  • 浏览器进程通知我“用户点击了按钮”，与此同时，某个计时器也到达了时间，我应该处理哪一个呢？
  • ......

渲染主线程想出了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列中是否有任务存在。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的时机达到，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」

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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，浏览器选择异步来解决这个问题

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使用异步的方式，渲染主线程永不阻塞

面试题：如何理解 JS 的异步？

参考答案：

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。具体做法是当某些任务发生时，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为何会阻碍渲染？

先看代码

<h1>Mr.Yuan is awesome!</h1>
<button>change</button>
<script>
  var h1 = document.querySelector('h1');
  var btn = document.querySelector('button');

  // 死循环指定的时间
  function delay(duration) {
    var start = Date.now();
    while (Date.now() - start < duration) {}
  }

  btn.onclick = function () {
    h1.textContent = '袁老师很帅！';
    delay(3000);
  };
</script>

点击按钮后，会发生什么呢？

<见具体演示>

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于不同的队列。 在一次事件循环中，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…

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：用于存放计时器到达后的回调任务，优先级「中」
  • 交互队列：用于存放用户操作后产生的事件处理任务，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主要是使用 Promise、MutationObserver

例如：

// 立即把一个函数添加到微队列
Promise.resolve().then(函数)

浏览器还有很多其他的队列，由于和我们开发关系不大，不作考虑

面试题：阐述一下 JS 的事件循环

参考答案：

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分为宏队列和微队列，这种说法目前已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，微队列的任务一定具有最高的优先级，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？

参考答案：

不行，因为：

  1. 计算机硬件没有原子钟，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
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