浏览器的进程模型与事件循环:彻底搞懂 JS 异步的底层原理

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引言

你是否曾好奇过:

  • 为什么 setTimeout(fn, 0) 不是立即执行?
  • 为什么 JS 是单线程,却能处理异步任务?
  • 为什么长时间的 JS 执行会让页面“卡死”?

这一切的背后,都离不开浏览器的多进程架构和 JavaScript 的事件循环机制(Event Loop)

浏览器的进程模型

单线程是异步产生的原因,事件循环是异步的实现方式。

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,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。可以看到下图当中的内存空间当中:

image.png

当其中一个进程出现了问题的话不会影响其它进程的进行,即你和平精英玩的好好的突然崩了,微信还是可以用的。

何为线程?

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。

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

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。 主要有三个进程:

1.浏览器进程

2.网络进程

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。 默认情况下,浏览器

渲染主进程是如何工作的?

image.png

  1. 在最开始的时候,渲染主线程会进入无限循环。
  2. 每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(包括其他线程的进程)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。

何为异步?

渲染主线程承担着极其重要的工作,无论如何都不能阻塞!主线程永远都在工作不会停下来,计时线程会自行开辟计时线程,直到主线程找到计时任务。

setTimeout(function(){
console.log(1)
},3000)
// 先打印2再打印1 不会阻塞渲染主线程
console.log(2)
面试题:如何理解JS的异步?

JS是一门单线程的语音,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。这样一俩,一方面会导致繁忙的主线程白白的消耗时间,从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,具体做法是某些任务发生后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插队,等待主线程调度执行。

JS为何阻碍渲染?

先让咱们从一段代码说起

var h1 = document.querySelector('h1')
var btn = document.querySelector('button')
// 死循环指定时间
function dalay(duration){
}
btn.onclick = function(){
    h1.textContent = 'lh和xww';
    delay(3000);
}

因为JS和渲染都在阻碍渲染的主线程上面。让咱们看到下面的图来理解一下就知道了。

image.png

任务优先级

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

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

让咱们大家来看看下面的题目,巩固一下今天学习到的知识,页面中可以看到等待1s之后再执行。

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

setTimeout(function(){
  console.log('1')
},0)

delay(1000)

console.log(2);
    

image.png

setTimeout(function(){
  console.log('1')
},0)

Promise.resolve().then(function(){
  console.log('2')
})

console.log(3);
3
2
1

大家可以尝试一下面的代码

function a() {
  console.log(1)
  Promise.resolve().then(function(){
    console.log(2);
  })
}
setTimeout(function(){
  console.log(3);
  Promise.resolve().then(a)
},0)

Promise.resolve().then(function(){
  console.log(4)
})

console.log(5);
面试题: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。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,有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。

JS 中的计时器能做到精确计时吗?
  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4ms的最少时间,这样在计时时间少于4毫秒又带来了偏差
  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,因此带来了偏差。

总结

概念核心要点
进程独立内存空间,浏览器多进程提升稳定性
线程执行单元,渲染进程有主线程
事件循环主线程的无限循环,驱动异步执行
异步耗时任务交给其他线程,主线程不阻塞
任务优先级微任务 > 交互任务 > 宏任务
计时器不精确,受事件循环和系统影响