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  • 浏览器组成和各引擎工作原理

    1.浏览器的主要构成部分

    • 1.用户界面
    • 2.浏览器引擎(负责窗口管理、Tab进程管理等)
    • 3.渲染引擎(有叫内核,负责HTML解析、页面渲染)
    • 4.JS引擎(JS解释器,如Chrome和Nodejs采用的V8)

    这里面最核心的就是渲染引擎和JS引擎,后面会详细介绍这两个引擎的相关内容。

    常见浏览器的渲染引擎和JS引擎如下:

     注:新版本的Chrome采用的渲染引擎是Blink,Blink是由谷歌团队从Webkit衍生开发出来的引擎,主要有应用到Chrome和Opera浏览器。

    2.从进程和线程的角度来理解浏览器工作

    1)进程和线程

    • 进程是cpu资源分配的最小单位(是能拥有资源和独立运行的最小单位)
    • 线程是cpu调度的最小单位(线程是建立在进程的基础上的一个程序运行单位,一个进程中可以有多个线程)

    进程可以类比为工厂,线程就是工厂里面的工人,一个工厂可以包含一个或者多个工人,工人之间可以相互协作,并且共享工作空间

    2)浏览器的多进程架构

    现代的浏览器采用的都是多进程架构,主要包含以下三种进程:

    1.Browser进程

    浏览器的主线程,主要负责浏览器的页面管理、书签、前进后退、资源下载管理等,整个浏览器应用程序只有一个,对应上述浏览器组成中的浏览器引擎。

    2.渲染进程

    内核进程、负责页面渲染、JS执行,对应的是上述的渲染引擎和JS引擎,一个浏览器可以包含多个渲染进程,每个Tab窗口页对应一个渲染进程

    3.GPU进程

    负责GPU渲染,整个浏览器应用程序只有一个

    4.插件进程

    浏览器安装的插件(扩展程序),每个插件会创建一个进程

    当打开上面两个Tab时,Chrome任务管理器截图:主要包括

    • 1个浏览器进程
    • 1个GPU进程
    • 1个网络进程
    • 2个渲染进程(对应一个Tab一个进程)
    • 4个扩展程序进程

     MAC的活动监视器中的chorme进程,可以看到所有的渲染、扩展、GPU、网络进程都统一显示为Google Chrome Helper。

    这种多进程浏览器架构主要有如下优势:

    • 1.避免单个页面奔溃影响整个浏览器
    • 2.避免第三方插件奔溃影响整个浏览器
    • 3.充分利用多核优势

    3)浏览器的渲染进程

    • 浏览器有多个渲染进程、一个Tab页面一个(相同的Tab页面可能会被合并)
    • 一个渲染进程包含多个线程

    一个渲染进程主要包括如下线程:

    1.GUI线程(主要负责解析HTML、CSS和渲染页面)

    2.JS引擎线程(负责解析和执行JS代码)

    3.事件线程(控制事件循环)

    4.定时器线程(处理定时器相关逻辑)

    5.异步请求线程(发起Ajax时会生成该线程)

    线程规则:

    1.GUI渲染线程与JS引擎线程是互斥的,当JS引擎执行时GUI线程会被挂起,页面的更新操作会等到JS引擎空闲时执行,涉及任务和微任务相关知识

    2.一个渲染进程同时只有一个JS解析线程在运行

    3.JS引擎线程不停的处理事件线程推送到事件队列中的任务

    4.定时器和异步请求最终生成的回调事件也有事件线程来控制和管理

    了解了浏览器的渲染进程之后我们再来看看JS引擎。

    4)从事件循环的角度来理解JS引擎的工作过程

    在理解什么是事件循环之前,我们先来了解下同步和异步的概念

    1.同步和异步

    同步是代码执行后就可以获得想要的结果,异步是指代码执行之后不能立即获得结果,

    你打电话问书店老板有没有《Javascript权威指南》这本书,如果是同步通信机制,书店老板会说,你稍等,”我查一下",然后开始查啊查,等查好了(可能是5秒,也可能是一天)告诉你结果(返回结果)。
    而异步机制,书店老板直接告诉你我查一下啊,查好了打电话给你,然后直接挂电话了(不返回结果)。然后查好了,他会主动打电话给你。在这里老板通过“回电”这种方式来返回结果。

    .同步任务和异步任务

    同步任务指的是,在主线程上排队执行的任务,只有前一个任务执行完毕,才能执行后一个任务;异步任务指的是,不进入主线程、而是由事件线程调度,在满足执行条件的时候放到事件队列中,等待主线程(JS线程)的执行。

    3.为什么要有事件循环的概念

    JS包含有异步操作(如:Ajax、定时器),这些异步操作完成之后需要通知JS引擎来处理异步操作的返回,如Ajax的Callback。这些异步操作什么时候完成是不确定的,所以需要有一个事件队列,事件线程将已经完成的异步操作的回调任务加载到事件队列中,JS引擎在执行完当前的同步任务之后循环从事件队列中取事件执行。

    异步任务:setTImeout、setInterval、Promise、process.nextTick(Node.js)、Ajax

    同步任务:除以上异步任务

    同步任务和异步任务的执行流程如下:

    异步任务统一有事件线程管理,当异步任务完成的时候会被放入到事件队列中,JS在顺序执行完当前的代码之后会从事件队列中读取任务,再重复整个流程,判断该任务是同步还是异步。

    4.异步任务的优先级

    如果按照上述的简化理解,所有异步任务都按照满足执行条件的顺序放到事件队列中,世界很和平,先来先到,但是在ES6当中,引入了microtask的概念,microtask会在当前的任务执行完成之后立即执行。因为我们将异步任务分为task和microtask,我们又称为宏任务和微任务。

    task:setTImeout、setInterval、ajax

    microtask:MutationObserve、promise、process.nextTick(Node.js)

    这样子加了优先级的话JS的执行又会变得再复杂一点,如下图所示,异步任务执行完成之后会判断他是task还是microtask,再分别加到不同的时间队列中,JS当前任务执行完成之后优先清空当前的microtask队列,而且在每次执行完宏任务的时候都会去清空微任务。

    示例:

    运行如下示例,就可以验证上述执行流程

    <!DOCTYPE html>
    <html lang="en">
    <head>
        <meta charset="UTF-8">
        <title>Document</title>
    </head>
    <body>
        <div class="outer">
              <div class="inner"></div>
        </div>
        <script>
            // Let's get hold of those elements
            var outer = document.querySelector('.outer');
            var inner = document.querySelector('.inner');
            // Let's listen for attribute changes on the
            // outer element
            new MutationObserver(function() {
              console.log('mutate');
            }).observe(outer, {
              attributes: true
            });
            // Here's a click listener…
            function onClick() {
              console.log('click');
              setTimeout(function() {
                console.log('timeout');
              }, 0);
              Promise.resolve().then(function() {
                console.log('promise');
              });
              outer.setAttribute('data-random', Math.random());
            }
            // …which we'll attach to both elements
            inner.addEventListener('click', onClick);
            outer.addEventListener('click', onClick);
        </script>
    </body>
    </html>

    5.UI渲染线程什么时候工作

    UI渲染线程会在当前的Task执行完成之后,下一个Task执行之前执行,微任务会优先于UI渲染线程,这就意味着我们使用微任务更新的DOM能更快的被渲染出来。另外Vue.js最新版本数据变更的时候采用的是promise和MutationObserver创建微任务:https://github.com/vuejs/vue/...

    Demo:用于理解任务和UI渲染之间的关系

    <!DOCTYPE html>
    <html lang="en">
    <head>
        <meta charset="UTF-8">
        <title>Vue nextTick</title>
    </head>
    <body>
        <!-- jsFiddle例子:http://jsfiddle.net/gkmzns9u/14/ -->
        <div id="task">
            <div id="msg">
                {{msg}}
            </div>
            <div @click="greet">
                click me!
            </div>
        </div>
        <script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/vue"></script>
        <script type="text/javascript">
            const vm = new Vue({
                el: '#task',
                data: {
                    msg: 'hello'
                },
                methods: {
                    greet: () => {
                        // 修改model,触发set方法,调用update方法,添加DOM更新微任务
                          vm.msg  = 'hello world';
                          vm.msg  = 'hello world2';
                          // 查看DOM,由于是异步更新DOM,根据EventLoop原理可知,这里DOM还没有更新,
                          // hello
                        alert(document.getElementById('msg').innerHTML);
                        // nextTick使用promise,是个微任务,在当前greet方法执行完成之后会立即执行
                        vm.$nextTick().then(() => {
                            // 由于DOM更新微任务先被添加,先入先出,这里获取的DOM已经是更新好的
                            // hello world
                            alert(document.getElementById('msg').innerHTML);
                            // 直接修改DOM,同步任务
                            document.getElementById('msg').innerHTML = 'test'
                            // 立即生效
                            // test
                            alert(document.getElementById('msg').innerHTML);
                            /* 根据HTML Standard,一轮事件循环执行结束(包括微任务)之后,下轮事件循环执行之前开始进行UI render。即:macro-task任务执行完毕,接着执行完所有的micro-task任务后,此时本轮循环结束,开始执行UI render。UI render完毕之后接着下一轮循环。 */
                        });
                        // 由于setTimeout为宏任务,虽然延迟时间为0,但还是要晚于nextTick执行
                        // 而且可以明显看到在setTimeout回调执行之前页面上已经渲染上test,说明UI Render已经在setTimeout回调之前执行
                        setTimeout(()=>{
                            alert('setTimeout start')
                            document.getElementById('msg').innerHTML = 'setTimeout'
                        }, 0)
                    }
                }
            });
        </script>
    </body>
    </html>
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