为什么js是单线程语言,异步执行的时候就变成多线程了?

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为什么js是单线程语言,异步执行的时候就变成多线程了?

JavaScript 引擎本身是单线程的,但它运行的宿主环境(浏览器)是多线程的。JS 主线程负责执行代码逻辑和 DOM 操作,而当遇到耗时的 I/O 或定时任务(如 setTimeoutfetch)时,会将这些任务委托给浏览器提供的 Web APIs,由浏览器的后台线程并行处理:

  • 定时器线程:负责计时,到达设定时间后将回调推入队列。
  • 网络线程:负责处理 Ajax/Fetch 请求,等待服务器响应。
  • 事件触发线程:监听用户交互(如点击、滚动),在事件触发时将回调推入队列。注意:当这些后台线程完成任务后,会将对应的回调函数放入任务队列(Task Queue) 。JS 主线程在空闲时,会通过**事件循环(Event Loop)**机制依次取出这些回调并在主线程执行。

异步任务之所以不阻塞,是因为“等待” 和 “取值” 的过程是在浏览器后台线程完成的,JS 主线程只需要在结果准备好后,花一点时间执行回调函数即可。

浏览器主要进程:

  1. 浏览器进程:主要负责界面显示、用户交互、子进程管理等。

  2. 网络进程:负责加载网络资源。

  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,以保证不同的标签页之间不相互影响。(每一个浏览器窗口都是一个渲染进程)

    渲染主线程是如何工作的: image_CW_NzIkBLm.png 及同步代码在渲染主线程中执行,异步代码在消息队列中执行。

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。

消息队列中的任务有优先级吗:

任务没有优先级,有优先级的是消息队列。

以前对事件循环的解释是:宏任务队列+微任务队列,但是只有这两个队列根本无法满足要求。

现在正确的解释是:每个任务都有一个任务类型,同一个类型的任务必须在同一个队列,及可以理解为带有类型标识的优先队列:

  • 微队列:用户存放需要最快执行的任务,如Promise回调,优先级「最高」。
  • 动画帧队列(requestAnimationFrame的回调),优先级「较高」。
  • 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」。
  • 延时队列:用于存放计时器到达后的回调任务,优先级「中」。
  • 网络队列:用于存放网络请求完成后的回调任务,优先级「中低」。
  • 空闲队列(requestIdleCallback的回调),优先级「最低」。
  • 其他队列

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

浏览器主要线程:

  1. GUI渲染线程(负责渲染浏览器界面HTML元素)
  2. JavaScript引擎线程(主要负责处理Javascript脚本程序,例如V8引擎)
  3. 事件触发线程(当一个事件被触发时该线程会把事件添加到待处理队列的队尾)
  4. 定时器触发线程(setInterval与setTimeout所在线程)
  5. http请求线程(ajax所在线程)
  6. 其他线程

什么是进程和线程:

进程:程序运行需要一个独立的内存空间,这个内存空间就是进程。每个应用至少有一个进程,进程之间相互独立,如果要通信需要双方同意。

线程:线程是进程的最小执行单元,一个进程至少有一个线程,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。

浏览器渲染页面流程

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当浏览器的网络线程收到 HTML 文档后,会产生一个渲染任务,并将其传递给渲染主线程的消息队列。

在事件循环机制的作用下,渲染主线程取出消息队列中的渲染任务,开启渲染流程。

整个渲染流程分为多个阶段:

  1. 解析html:

    解析过程中遇到 CSS 解析 CSS,遇到 JS 执行 JS。为了提高解析效率,浏览器在开始解析前,会启动一个预解析的线程,率先下载 HTML 中的外部 CSS 文件和 外部的 JS 文件。

    如果主线程解析到link位置,此时外部的 CSS 文件还没有下载解析好,主线程不会等待,继续解析后续的 HTML。这是因为下载和解析 CSS 的工作是在预解析线程中异步进行的,与HTML解析的主线程并行。这就是 CSS 不会阻塞 HTML 解析的根本原因。

    如果主线程解析到script位置,会停止解析 HTML,转而等待 JS 文件下载好,并将全局代码解析执行完成后,才能继续解析 HTML。这是因为 JS 代码的执行过程可能会修改当前的 DOM 树,所以 DOM 树的生成必须暂停。这就是 JS 会阻塞 HTML 解析的根本原因(但是会阻塞DOM树的渲染和后面js的执行)。

    第一步完成后,会得到 DOM 树和 CSSOM 树,浏览器的默认样式、内部样式、外部样式、行内样式均会包含在 CSSOM 树中。

    为什么要转化为DOM树和CSSOM树?因为浏览器无法直接理解和使用html与css,需要将其转化为浏览器可以理解的格式,及DOM树和CSSOM树。

  2. 样式计算:

    主线程会遍历得到的 DOM 树,依次为树中的每个节点计算出它最终的样式,称之为 Computed Style。

    在这一过程中,很多预设值会变成绝对值,比如red会变成rgb(255,0,0);相对单位会变成绝对单位,比如em会变成px

    这一步完成后,会得到一棵带有样式的 DOM 树。

  3. 布局:

    布局阶段会依次遍历 DOM 树的每一个节点,计算每个节点的几何信息,生成layout树。

    大部分时候,DOM 树和布局树并非一一对应:

    比如display:none的节点没有几何信息,因此不会生成到布局树;又比如使用了伪元素选择器,虽然 DOM 树中不存在这些伪元素节点,但它们拥有几何信息,所以会生成到布局树中。还有匿名行盒、匿名块盒等等都会导致 DOM 树和布局树无法一一对应。

    回流在此阶段发生,回流会导致重绘,但是重绘不会导致回流。

  4. 分层:

    主线程会使用一套复杂的策略对整个布局树中进行分层。

    分层的好处在于,将来某一个层改变后,仅会对该层进行后续处理,从而提升效率。

    滚动条、堆叠上下文、transform、opacity 等样式都会或多或少的影响分层结果,也可以通过will-change属性更大程度的影响分层结果。

  5. 绘制:

    在绘制阶段,浏览器将布局阶段计算的每个 frame 转为屏幕上实际的像素点,包括将元素的可见部分进行绘制,比如文本、颜色、边框、阴影、替换元素(比如 img)

    重绘在此阶段发生。

  6. 分块: 将图层分割成更小的区块。

  7. 光栅化: 将每个区块转换为位图。

  8. 合成:

    合成阶段接收已经完成光栅化处理(转换为位图)的各个图层,通过专用的合成线程负责将这些光栅化后的图层按照正确的z轴顺序(由z-index和DOM顺序决定)叠加在一起。

    同时应用每个图层的变换矩阵(处理transform带来的缩放、旋转、位移等效果)、透明度(opacity)和混合模式(blend-mode),处理图层之间的重叠关系和视差滚动效果,将处理好的图层数据发送到GPU进行最终处理。

    合成线程可以独立于主线程工作,即使JavaScript正在运行也能保持页面的流畅响应,这就是为什么使用transform和opacity等属性进行动画比改变layout属性(如width/height)更高效,因为前者只影响合成阶段而不会触发昂贵的重排、重绘和重新光栅化。

    合成阶段将所有图层信息组合成最终的帧画面,输出到屏幕上,完成整个渲染流程。