《浏览器进程与线程:JavaScript 事件循环原理》

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浏览器进程模型

我们谈js事件处理机制之前,首先需要弄清楚进程和线程两个概念。

何为进程?

程序运行需要有它自己专属的内存空间,我们可以把这块内存空间简单理解为进程,每个应用至少有一个进程,进程之间也是可以相互通信的,但需要进程双方同意。

何为线程?

有了进程后,就可以运行程序代码了。

运行代码的“人”称为线程。

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执行代码,这个线程称之为主线程。

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。

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

浏览器的内部工作极其复杂,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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我们也可以在浏览器中的更多工具->任务管理器中看到浏览器运行的进程

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其中,最主要、最主要、最主要的进程有3个(必须理解)

  • 浏览器进程:主要负责页面交互、用户交互(比如点击事件、滚动等)、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。
  • 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。
  • 渲染进程:(下文重点讲解线程) 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,浏览器会为每一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。

以后可能会一个站点开一个进程,但目前还是这种设计模式,有兴趣的同学可以去看chrome官方文档。

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
  • 每秒把页面渲染60(根据分辨率变动)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
  • ...

面试问题:为什么渲染进程不适用多个线程来处理这个事情?

带着这个问题我们继续往下: 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,制定到一半的时候某个计数器到达了时间,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?
  • ......

基于上述问题,浏览器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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  • 在最开始的时候,渲染主线程会进入一个无线循环(在chrome源码中其实就是写了一个for死循环,再循环的过程中去找消息任务)
  • 在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
  • 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。

以上过程就是称为事件循环(消息循环)。

其他解释

何为异步?

在代码的执行过程中,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。

渲染线程承担这极其重要的工作,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。

下图以计时任务为例;

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补充一句:从上图我们知道为啥setTimeout计时不准确,1、真正计时是在操作系统中处理,2、渲染主线程通知计时线程需要时间,3、计时结束后渲染主线程需要先处理完消息队列中的任务。

常见面试题

如何解释js的异步?

参考答案

Js是一门单线程语言,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。

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,就极其有可能导致主线程产生的阻塞,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,给用户造成卡死的现象

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。当其他线程执行完成时,将事先传递的回调函数包装成任务,加入消息队列的末尾,等待主线程调用执行。

这种设计模式下,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?

参考答案

页面渲染和js的执行一个线程中

如果js执行产生了一个渲染任务,那么这个渲染任务会先加入消息队列

当js任务执行完毕之后,主线程才会执行消息队列中的渲染任务

任务有优先级吗?

参考答案

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的解释:

  • 每一个任务都有一个任务类型(源码中有很多的任务类型,使用常量number去做标记的),同一个类型的任务必须在同一个队列中,不同的类型的任务可以分属不同的任务队列
  • 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

随着浏览器的复杂度急剧提升,w3c摒弃的宏队列的说法

在目前chrome的实现中,至少包含了下面的队列:

  • 延时队列:用于存放计时器达到的回调任务,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,优先级高

添加任务队列的方式主要有promise,mutationObserver

阐述js的事件循环

参考答案

事件循环又称消息循环,是浏览器渲染主线程的工作方式。

在chrome源码中,首先会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的末尾即可。

过去把消息队列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任务队列,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优先级,必须优先调度执行。