浏览器模型

1.代码嵌入网页的方法

# 网页中嵌入 JavaScript 代码，主要有四种方法。

<script>元素直接嵌入代码。
<script>标签加载外部脚本
事件属性
URL 协议

1. <script> 元素嵌入代码
<script type="application/javascript">
console.log('type 1');
</script>

2. <script> 标签加载外部脚本
<script src="https://www.example.com/scripts.js" ></script>

3. 事件属性
<button id="myBtn" onclick='console.log(this.id)'>点击!</button>

4.URL 协议
<a href="javascript:console.log('hello')">点击</a>

2.script 元素
工作原理
浏览器加载 JavaScript 脚本，主要通过<script>元素完成。正常的网页加载流程是这样的。

浏览器一边下载 HTML 网页，一边开始解析。也就是说，不等到下载完，就开始解析。
解析过程中，浏览器发现<script>元素，就暂停解析，把网页渲染的控制权转交给 JavaScript 引擎。
如果<script>元素引用了外部脚本，就下载该脚本再执行，否则就直接执行代码。
JavaScript 引擎执行完毕，控制权交还渲染引擎，恢复往下解析 HTML 网页。
加载外部脚本时，浏览器会暂停页面渲染，等待脚本下载并执行完成后，再继续渲染。原因是 JavaScript 代码可以修改 DOM，所以必须把控制权让给它，否则会导致复杂的线程竞赛的问题。

如果外部脚本加载时间很长（一直无法完成下载），那么浏览器就会一直等待脚本下载完成，造成网页长时间失去响应，浏览器就会呈现“假死”状态，这被称为“阻塞效应”。

为了避免这种情况，较好的做法是将<script>标签都放在页面底部，而不是头部。这样即使遇到脚本失去响应，网页主体的渲染也已经完成了，用户至少可以看到内容，而不是面对一张空白的页面。如果某些脚本代码非常重要，一定要放在页面头部的话，最好直接将代码写入页面，而不是连接外部脚本文件，这样能缩短加载时间。

脚本文件都放在网页尾部加载，还有一个好处。因为在 DOM 结构生成之前就调用 DOM 节点，JavaScript 会报错，如果脚本都在网页尾部加载，就不存在这个问题，因为这时 DOM 肯定已经生成了。

浏览器会同时并行下载a.js和b.js，但是，执行时会保证先执行a.js，然后再执行b.js，即使后者先下载完成，也是如此。也就是说，脚本的执行顺序由它们在页面中的出现顺序决定，这是为了保证脚本之间的依赖关系不受到破坏。当然，加载这两个脚本都会产生“阻塞效应”，必须等到它们都加载完成，浏览器才会继续页面渲染。

解析和执行 CSS，也会产生阻塞。Firefox 浏览器会等到脚本前面的所有样式表，都下载并解析完，再执行脚本；Webkit则是一旦发现脚本引用了样式，就会暂停执行脚本，等到样式表下载并解析完，再恢复执行。

此外，对于来自同一个域名的资源，比如脚本文件、样式表文件、图片文件等，浏览器一般有限制，同时最多下载6～20个资源，即最多同时打开的 TCP 连接有限制，这是为了防止对服务器造成太大压力。如果是来自不同域名的资源，就没有这个限制。所以，通常把静态文件放在不同的域名之下，以加快下载速度。

2.2 defer 属性

为了解决脚本文件下载阻塞网页渲染的问题，一个方法是对<script>元素加入defer属性。它的作用是延迟脚本的执行，等到 DOM 加载生成后，再执行脚本。

<script src="a.js" defer></script>
<script src="b.js" defer></script>

上面代码中，只有等到 DOM 加载完成后，才会执行a.js和b.js。

defer属性的运行流程如下。

1. 浏览器开始解析 HTML 网页。
2. 解析过程中，发现带有defer属性的<script>元素。
3. 浏览器继续往下解析 HTML 网页，同时并行下载<script>元素加载的外部脚本。
4. 浏览器完成解析 HTML 网页，此时再回过头执行已经下载完成的脚本。

有了defer属性，浏览器下载脚本文件的时候，不会阻塞页面渲染。下载的脚本文件在DOMContentLoaded事件触发前执行（即刚刚读取完</html>标签），而且可以保证执行顺序就是它们在页面上出现的顺序。

对于内置而不是加载外部脚本的script标签，以及动态生成的script标签，defer属性不起作用。另外，使用defer加载的外部脚本不应该使用document.write方法。

2.3 async 属性

<script src="a.js" async></script>
<script src="b.js" async></script>

async属性的作用是，使用另一个进程下载脚本，下载时不会阻塞渲染。

1. 浏览器开始解析 HTML 网页。
2. 解析过程中，发现带有async属性的script标签。
3. 浏览器继续往下解析 HTML 网页，同时并行下载<script>标签中的外部脚本。
4. 脚本下载完成，浏览器暂停解析 HTML 网页，开始执行下载的脚本。
5. 脚本执行完毕，浏览器恢复解析 HTML 网页。

async属性可以保证脚本下载的同时，浏览器继续渲染。需要注意的是，一旦采用这个属性，就无法保证脚本的执行顺序。哪个脚本先下载结束，就先执行那个脚本。另外，使用async属性的脚本文件里面的代码，不应该使用document.write方法。

defer属性和async属性到底应该使用哪一个？

一般来说，如果脚本之间没有依赖关系，就使用async属性，如果脚本之间有依赖关系，就使用defer属性。如果同时使用async和defer属性，后者不起作用，浏览器行为由async属性决定。

2.4 脚本的动态加载

<script>元素还可以动态生成，生成后再插入页面，从而实现脚本的动态加载。

['a.js', 'b.js'].forEach(function(src) {
  var script = document.createElement('script');
  script.src = src;
  document.head.appendChild(script);
});

这种方法的好处是，动态生成的script标签不会阻塞页面渲染，也就不会造成浏览器假死。但是问题在于，这种方法无法保证脚本的执行顺序，哪个脚本文件先下载完成，就先执行哪个。

如果想避免这个问题，可以设置async属性为false

['a.js', 'b.js'].forEach(function(src) {
  var script = document.createElement('script');
  script.src = src;
  script.async = false;
  document.head.appendChild(script);
});

上面的代码不会阻塞页面渲染，而且可以保证b.js在a.js后面执行。不过需要注意的是，在这段代码后面加载的脚本文件，会因此都等待b.js执行完成后再执行。

如果想为动态加载的脚本指定回调函数，可以使用下面的写法。

function loadScript(src, done) {
  var js = document.createElement('script');
  js.src = src;
  js.onload = function() {
    done();
  };
  js.onerror = function() {
    done(new Error('Failed to load script ' + src));
  };
  document.head.appendChild(js);
}

2.5 加载使用的协议

如果不指定协议，浏览器默认采用 HTTP 协议下载。

<script src="example.js"></script>

上面的example.js默认就是采用 HTTP 协议下载，如果要采用 HTTPS 协议下载，必需写明。

<script src="https://example.js"></script>

但是有时我们会希望，根据页面本身的协议来决定加载协议，这时可以采用下面的写法。

<script src="//example.js"></script>

3. 浏览器的组成

浏览器的核心是两部分：渲染引擎和 JavaScript 解释器（又称 JavaScript 引擎）。

3.1 渲染引擎

渲染引擎的主要作用是，将网页代码渲染为用户视觉可以感知的平面文档。

不同的浏览器有不同的渲染引擎。

• Firefox：Gecko 引擎
• Safari：WebKit 引擎
• Chrome：Blink 引擎
• IE: Trident 引擎
• Edge: EdgeHTML 引擎

渲染引擎处理网页，通常分成四个阶段。

1. 解析代码：HTML 代码解析为 DOM，CSS 代码解析为 CSSOM（CSS Object Model）。
2. 对象合成：将 DOM 和 CSSOM 合成一棵渲染树（render tree）。
3. 布局：计算出渲染树的布局（layout）。
4. 绘制：将渲染树绘制到屏幕。

以上四步并非严格按顺序执行，往往第一步还没完成，第二步和第三步就已经开始了。所以，会看到这种情况：网页的 HTML 代码还没下载完，但浏览器已经显示出内容了。

3.2 重流和重绘

渲染树转换为网页布局，称为“布局流”（flow）；布局显示到页面的这个过程，称为“绘制”（paint）。它们都具有阻塞效应，并且会耗费很多时间和计算资源。

页面生成以后，脚本操作和样式表操作，都会触发“重流”（reflow）和“重绘”（repaint）。用户的互动也会触发重流和重绘，比如设置了鼠标悬停（a:hover）效果、页面滚动、在输入框中输入文本、改变窗口大小等等。

重流和重绘并不一定一起发生，重流必然导致重绘，重绘不一定需要重流。比如改变元素颜色，只会导致重绘，而不会导致重流；改变元素的布局，则会导致重绘和重流。

大多数情况下，浏览器会智能判断，将重流和重绘只限制到相关的子树上面，最小化所耗费的代价，而不会全局重新生成网页。

作为开发者，应该尽量设法降低重绘的次数和成本。比如，尽量不要变动高层的 DOM 元素，而以底层 DOM 元素的变动代替；再比如，重绘table布局和flex布局，开销都会比较大。

var foo = document.getElementById('foobar');

foo.style.color = 'blue';
foo.style.marginTop = '30px';

上面的代码只会导致一次重绘，因为浏览器会累积 DOM 变动，然后一次性执行。

下面是一些优化技巧。

• 读取 DOM 或者写入 DOM，尽量写在一起，不要混杂。不要读取一个 DOM 节点，然后立刻写入，接着再读取一个 DOM 节点。
• 缓存 DOM 信息。
• 不要一项一项地改变样式，而是使用 CSS class 一次性改变样式。
• 使用documentFragment操作 DOM
• 动画使用absolute定位或fixed定位，这样可以减少对其他元素的影响。
• 只在必要时才显示隐藏元素。
• 使用window.requestAnimationFrame()，因为它可以把代码推迟到下一次重绘之前执行，而不是立即要求页面重绘。
• 使用虚拟 DOM（virtual DOM）库。

下面是一个window.requestAnimationFrame()对比效果的例子。

// 重流代价高
function doubleHeight(element) {
  var currentHeight = element.clientHeight;
  element.style.height = (currentHeight * 2) + 'px';
}

all_my_elements.forEach(doubleHeight);

// 重绘代价低
function doubleHeight(element) {
  var currentHeight = element.clientHeight;

  window.requestAnimationFrame(function () {
    element.style.height = (currentHeight * 2) + 'px';
  });
}

all_my_elements.forEach(doubleHeight);

面的第一段代码，每读一次 DOM，就写入新的值，会造成不停的重排和重流。第二段代码把所有的写操作，都累积在一起，从而 DOM 代码变动的代价就最小化了。

3.3 JavaScript 引擎

JavaScript 引擎的主要作用是，读取网页中的 JavaScript 代码，对其处理后运行。

JavaScript 是一种解释型语言，也就是说，它不需要编译，由解释器实时运行。这样的好处是运行和修改都比较方便，刷新页面就可以重新解释；缺点是每次运行都要调用解释器，系统开销较大，运行速度慢于编译型语言。

为了提高运行速度，目前的浏览器都将 JavaScript 进行一定程度的编译，生成类似字节码（bytecode）的中间代码，以提高运行速度。

早期，浏览器内部对 JavaScript 的处理过程如下：

1. 读取代码，进行词法分析（Lexical analysis），将代码分解成词元（token）。
2. 对词元进行语法分析（parsing），将代码整理成“语法树”（syntax tree）。
3. 使用“翻译器”（translator），将代码转为字节码（bytecode）。
4. 使用“字节码解释器”（bytecode interpreter），将字节码转为机器码。

逐行解释将字节码转为机器码，是很低效的。为了提高运行速度，现代浏览器改为采用“即时编译”（Just In Time compiler，缩写 JIT），即字节码只在运行时编译，用到哪一行就编译哪一行，并且把编译结果缓存（inline cache）。通常，一个程序被经常用到的，只是其中一小部分代码，有了缓存的编译结果，整个程序的运行速度就会显著提升。

字节码不能直接运行，而是运行在一个虚拟机（Virtual Machine）之上，一般也把虚拟机称为 JavaScript 引擎。并非所有的 JavaScript 虚拟机运行时都有字节码，有的 JavaScript 虚拟机基于源码，即只要有可能，就通过 JIT（just in time）编译器直接把源码编译成机器码运行，省略字节码步骤。这一点与其他采用虚拟机（比如 Java）的语言不尽相同。这样做的目的，是为了尽可能地优化代码、提高性能。下面是目前最常见的一些 JavaScript 虚拟机：

• Chakra (Microsoft Internet Explorer)
• Nitro/JavaScript Core (Safari)
• Carakan (Opera)
• SpiderMonkey (Firefox)
• V8 (Chrome, Chromium)