浏览器渲染机制

线程和进程

进程和线程的概念能够这样理解：

进程是一个工厂，工厂有它的独立资源--工厂之间相互独立--线程是工厂中的工人，多个工人协做完成任务--工厂内有一个或多个工人--工人之间共享空间

工厂有多个工人，就至关于一个进程能够有多个线程，并且线程共享进程的空间。

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，系统会给它分配内存）
线程是cpu调试的最小单位（线程是创建在进程的基础上的一次程序运行单位，一个进程中能够有多个线程。核心仍是属于一个进程。）

浏览器是多进程的

浏览器是多进程的，每打开一个tab页，就至关于建立了一个独立的浏览器进程。

浏览器包含的进程：

1. Browser进程：浏览器的主进程（负责协调，主控），只有一个，做用有：

   • 负责浏览器的界面显示，与用户交互，如前进，后退等
   • 负责各个页面的管理，建立和销毁其它进程
   • 将Rendered进程获得的内存中的Bitmap,绘制到用户界面上
   • 网络资源的管理，下载
2. 第三方插件进程：每种类型的插件对应一个进程，仅当使用该插件时才建立。
3. GPU进程：最多一个，用于3D绘制等。

4. 浏览器渲染进程（浏览器内核）（Render进程，内部是多线程的）：默认每一个Tab页面一个进程，互不影响。主要做用为：

   • 页面渲染，脚本执行，事件处理等

在浏览器中打开一个网页至关于新起了一个进程（进程内有本身的多线程）

浏览器多进程的优点

• 避免单个page crash影响整个浏览器
• 避免第三方插件crash影响整个浏览器
• 多进程充分利用多核优点
• 方便使用沙盒模型隔离插件等进程，提升浏览器稳定性

简单理解就是：若是浏览器是单进程的，某个Tab页崩溃了，就影响了整个浏览器，体验就会不好。同理若是是单进程的，插件崩溃了也会影响整个浏览器;
固然，内存等资源消耗也会更大，像空间换时间同样。

重点是浏览器内核（渲染进程）

对于普通的前端操做来讲，最重要的渲染进程：页面的渲染，js的执行，事件的循环等都在这个进程内执行;

浏览器是多进程的，浏览器的渲染进程是多线程的；

GUI渲染线程

• 负责渲染浏览器界面，解析HTML,CSS,构建DOM树和RenderObject树，布局和绘制等。
• 当界面须要重绘或因为某种操做引起回流时，该线程就会执行。
• 注意，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（至关于冻结了）,GUI更新会被保存在一个队列中等到JS引擎空闲时当即被执行。

JS引擎线程

• 也称为JS内核，负责处理JavaScript脚本程序。（例如V8引擎）。
• JS引擎线程负责解析JavaScript脚本，运行代码。
• JS引擎一直等待着任务队列中任务的到来，而后加以处理，一个Tab页（render进程）中不管何时都只有一个JS线程在运行JS程序。
• 一样注意，GUI渲染线程与JS引擎线程是互斥的，因此若是JS执行的时间过长，这样就会形成页面的渲染不连贯，致使页面渲染加载阻塞。

事件触发线程

• 归属于浏览器而不是JS引擎，用来控制事件循环（能够理解成JS引擎本身都忙不过来，须要浏览器另开线程协助）。
• 当JS引擎执行代码块如setTimeout时（也可来自浏览器内核的其它线程，如鼠标点击，AJAX异步请求等），会将对应任务添加到事件线程中。
• 当对应的事件符合触发条件被触发时，该线程会把事件添加到待处理队列的队尾，等待JS引擎的处理。
• 注意，因为JS的单线程关系，因此这些待处理队列中的事件都得排队等待JS引擎处理（当JS引擎空闲时才会去执行）。

定时触发器线程

• 传说中的setTimeout和setInterval所在的线程
• 浏览器定时计数器并非由JavaScript引擎计数的，（由于JavaScript引擎是单线程的，若是处于阻塞线程状态就会影响计时的准确）
• 所以经过单独线程来计时并触发定时（计时完毕后，添加到事件队列中，等待JS引擎空闲后执行）
• 注意，W3C在HTML标准中规定，规定要求setTimeout中低于4ms的时间间隔算为4ms。

异步http请求线程

• 在XMLHttpRequest在链接后是经过浏览器新型一个线程请求
• 将检测到状态变动时，若是设置有回调函数，异步线程就产生状态变动事件，将这个回调再放入事件队列中，再由JavaScript引擎执行

总结下来，渲染进程以下：

Browser主进程和浏览器内核（渲染进程）的通讯过程

打开一个浏览器，能够看到：任务管理器出现了2个进程（一个主进程，一个是打开Tab页的渲染进程）；

• Browser主进程收到用户请求，首先须要获取页面内容（如经过网络下载资源）,随后将该任务经过RendererHost接口传递给Render渲染进程
• Render渲染进程的Renderer接口收到消息，简单解释后，交给渲染线程GUI，而后开始渲染
• GUI渲染线程接收请求，加载网页并渲染网页，这其中可能须要Browser主进程获取资源和须要GPU进程来帮助渲染
• 固然可能会有JS线程操做DOM（这可能会形成回流并重绘）
• 最后Render渲染进程将结果传递给Browser主进程
• Browser主进程接收到结果并将结果绘制出来

浏览器内核（渲染进程）中线程之间的关系

GUI渲染线程与JS引擎线程互斥

因为JavaScript是可操做DOM的，若是在修改这些元素属性同时渲染界面（即JS线程和GUI线程同时运行），那么渲染线程先后得到的元素数据就可能不一致了。

所以，为了防止渲染出现不可预期的结果，浏览器就设置了互斥的关系，当JS引擎执行时GUI线程会被挂起。GUI更新则会被保存在一个队列中等到JS引擎线程空闲时当即被执行。

JS阻塞页面加载

从上述的互斥关系，能够推导出，JS若是执行时间过长就会阻塞页面。

譬如，假设JS引擎正在进行巨量的计算，此时就算GUI有更新，也会被保存在队列中，要等到JS引擎空闲后执行。而后因为巨量计算，因此JS引擎可能好久好久才能空闲，确定就会感受很卡。

因此，要尽可能避免JS执行时间过长，这样就会形成页面的渲染不连贯，致使页面渲染加载阻塞的感受。

css加载是否会阻塞dom树渲染

这里说的是头部引入css的状况
首先，咱们都知道：css是由单独的下载线程异步下载的。
而后还有几个现象：

1. css加载不会阻塞DOM树解析（异步加载时dom照常构建）
2. 但会阻塞render树渲染（渲染时须要等css加载完毕，由于render树须要css信息）

这可能也是浏览器的一种优化机制
由于你加载css的时候，可能会修改下面DOM节点的样式，若是css加载不阻塞render树渲染的话，那么当css加载完以后，render树可能又得从新重绘或者回流了，这就形成了一些没有必要的损耗
因此干脆把DOM树的结构先解析完，把能够作的工做作完，而后等css加载完以后，在根据最终的样式来渲染render树，这种作法确实对性能好一点。

WebWorker,JS的多线程？

前文中有提到JS引擎是单线程的，并且JS执行时间过长会阻塞页面，那么JS就真的对cpu密集型计算无能为力么？

因此，后来HTML5中支持了WebWorker。

这样理解下：

建立Worker时，JS引擎向浏览器申请开一个子线程（子线程是浏览器开的，彻底受主线程控制，并且不能操做DOM）
JS引擎线程与worker线程间经过特定的方式通讯（postMessage API，须要经过序列化对象来与线程交互特定的数据）

因此，若是有很是耗时的工做，请单独开一个Worker线程，这样里面无论如何翻天覆地都不会影响JS引擎主线程，只待计算出结果后，将结果通讯给主线程便可，perfect!

并且注意下，JS引擎是单线程的，这一点的本质仍然未改变，Worker能够理解是浏览器给JS引擎开的外挂，专门用来解决那些大量计算问题。

WebWorker与SharedWorker

既然都到了这里，就再提一下SharedWorker（避免后续将这两个概念搞混）

WebWorker只属于某个页面，不会和其余页面的Render进程（浏览器内核进程）共享
因此Chrome在Render进程中（每个Tab页就是一个render进程）建立一个新的线程来运行Worker中的JavaScript程序。

SharedWorker是浏览器全部页面共享的，不能采用与Worker一样的方式实现，由于它不隶属于某个Render进程，能够为多个Render进程共享使用
因此Chrome浏览器为SharedWorker单首创建一个进程来运行JavaScript程序，在浏览器中每一个相同的JavaScript只存在一个SharedWorker进程，无论它被建立多少次。

看到这里，应该就很容易明白了，本质上就是进程和线程的区别。SharedWorker由独立的进程管理，WebWorker只是属于render进程下的一个线程

总结浏览器渲染流程

浏览器输入 url，浏览器主进程接管，开一个下载线程，而后进行 http请求（略去 DNS查询， IP寻址等等操做），而后等待响应，获取内容，随后将内容经过 RendererHost接口转交给 Render进程--浏览器渲染流程开始

浏览器内核拿到内容后，渲染大概能够划分为：

1. 解析html创建dom要
2. 解析css构建render树（将css代码解析成树形的数据结构，而后结合dom合并成render树）
3. 布局render树（Layout/reflow）,负责各元素尺寸，位置的计算
4. 绘制render树（paint），绘制页面像素信息
5. 浏览器会将各层的信息发送给GPU，GPU会将各层合成（composite）,显示在屏幕上

渲染完毕后就是load事件了，以后就是本身的JS逻辑处理了，略去了详细步骤。

load事件与DOMContentLoaded事件的前后

上面提到，渲染完毕后会触发load事件，那么你能分清楚load事件与DOMContentLoaded事件的前后么？

很简单，知道它们的定义就能够了：

当 DOMContentLoaded 事件触发时，仅当DOM加载完成，不包括样式表，图片。
(譬如若是有async加载的脚本就不必定完成)

当 onload 事件触发时，页面上全部的DOM，样式表，脚本，图片都已经加载完成了。（渲染完毕了）

因此，顺序是：DOMContentLoaded -> load

普通图层和复合图层

渲染步骤就提到了composite概念;浏览器渲染的图层通常包含两大类：普通图层以及复合图层。

1. 普通文档流内能够理解为一个复合图层（这里默认复合层，里面无论添加多少元素，其实都是在同个复合图层中）
2. absolute布局（fixed也同样），虽然能够脱离文档流，但它仍然属于默认复合层
3. 能够经过硬件加速的方式，声明一个新的复合图层，它会单独分配资源（固然也会脱离普通文档流，这样一来，无论这个复合图层中怎么变化，也不会影响默认复合层里的回流重绘）

能够简单理解下：GPU中，各个复合图层是单独绘制的，因此互不影响，这也是为何某些场景硬件加速效果一级棒

如何变成复合图层（硬件加速）

将元素变成一个复合图层，就是传说中的硬件加速技术

• 最经常使用的方式：translate3d,translatez
• opacity属性/过渡动画（须要动画执行的过程当中才会建立合成层，动画没有开始或结束后元素还会回到以前的状态）
• will-chang属性（这个比较偏僻），通常配合opacity与translate使用（并且经测试，除了上述能够引起硬件加速的属性外，其它属性并不会变成复合层），做用是提早告诉浏览器要变化，这样浏览器会开始作一些优化工做（这个最好用完后就释放）
• <video><iframe><canvas><webgl>等元素
• 其它，譬如之前的flash插件

absolute和硬件加速的区别

能够看到，absolute虽然能够脱离普通文档流，可是没法脱离默认复合层。

因此，就算absolute中信息改变时不会改变普通文档流中render树，可是，浏览器最终绘制时，是整个复合层绘制的，因此absolute中信息的改变，仍然会影响整个复合层的绘制。（浏览器会重绘它，若是复合层中内容多，absolute带来的绘制信息变化过大，资源消耗是很是严重的）

而硬件加速直接就是在另外一个复合层了（另起炉灶），因此它的信息改变不会影响默认复合层（固然了，内部确定会影响属于本身的复合层），仅仅是引起最后的合成（输出视图）

复合图层的做用

通常一个元素开启硬件加速后会变成复合图层，能够独立于普通文档流中，改动后能够避免整个页面重绘，提高性能。
可是尽可能不要大量使用复合图层，不然因为资源消耗过分，页面反而会变的更卡。

硬件加速时请使用index

使用硬件加速时，尽量的使用index,防止浏览器默认给后续的元素建立复合层渲染
具体的原理是：
webkit CSS3中，若是这个元素添加了硬件加速，而且index层级比较低，那么在这个元素的后面其它元素（层级比这个元素高的，或者相同的，而且relective或absolute属性相同的），会默认变为复合层渲染，若是处理不当会极大的影响性能

简单点理解，能够认为是一个隐式合成的概念：若是a是一个复合层，并且b在a上面，那么b也会被隐式转为一个复合图层，这点须要特别注意

从Event Loop谈JS的运行机制

到此时，已是属于浏览器页面初次渲染完毕后的事情，JS引擎的一些运行机制分析。主要是结合Event Loop来谈JS代码是如何执行的。
咱们已经知道了JS引擎是单线程的，知道了JS引擎线程，事件触发线程，定时触发器线程。
而后还须要知道：

• JS分为同步任务和异步任务
• 同步任务都在主线程上执行，造成一个执行栈
• 主线程以外，事件触发线程管理着一个任务队列，只要异步任务有了运行结果，就在任务队列之中放置一个事件
• 一旦执行栈中的全部同步任务执行完毕（此时JS引擎空闲），系统就会读取任务队列，将可运行的异步任务添加到可执行栈，开始执行。

看到这里，应该就能够理解了：为何有时候setTimeOut推入的事件不能准时执行？由于可能在它推入到事件列表时，主线程还不空闲，正在执行其它代码，因此就必须等待，天然有偏差。

主线程在运行时会产生执行栈，栈中的代码调用某些api时，它们会在事件队列中添加各类事件（当知足触发条件后，如ajax请求完毕）。而当栈中的代码执行完毕，就会去读取事件队列中的事件，去执行那些回调，如此循环。

定时器

上面事件循环机制的核心是：JS引擎线程和事件触发线程

调用setTimeout后，是由定时器线程控制等到特定时间后添加到事件队列的，由于JS引擎是单线程的，若是处于阻塞线程状态就会影响计时准确，所以颇有必要另开一个线程用来计时。

当使用setTimout或setInterval时，须要定时器线程计时，计时完成后就会将特定的事件推入事件队列中。

如：

setTimeout(()=>console.log('hello!),1000)
//等1000毫秒计时完毕后（由定时器线程计时），将回调函数推入事件队列中，等待主线程执行

setTimeout(()=>{
    console.log('hello')
},0)
console.log('begin')

这段代码的效果是最快的时间内将回调函数推入事件队列中，等待主线程执行。

注意：

1. 执行结果是：先begin，后hello
2. 虽然代码的本意是0毫秒就推入事件队列，可是W3C在HTML标准中规定，规定要求setTimeout中低于4ms的时间间隔算为4ms
3. 就算不等待4ms，就算假设0毫秒就推入事件队列，也会先执行begin（由于只能可执行栈内空了后才会主动读取事件队列）

setInterval

用setTimeout模拟按期计时和直接用setInterval是有区别的：

• 每次setTimeout计时到后就会去执行，而后执行一段时间后才会继续setTimeout,中间就多了偏差
• 而setInterval则是每次都精确的隔一段时间推入一个事件（可是，事件的实际执行时间不必定就准确，还有多是这个事件还没执行完毕，下一个事件就来了）

并且setInterval有一些比较致命的问题：

• 累积效应，若是setInterval代码在setInterval再次添加到队列以前尚未完成执行，就会致使定时器代码连续运行好几回，而之间没有间隔，就算正常间隔执行，多个setInterval的代码执行时间可能会比预期小（由于代码执行须要必定时间）
• 好比你ios的webview，或者safari等浏览器中都有一人特色，在滚动的时候是不执行JS的，若是使用了setInterval，会发如今滚动结束后会执行屡次因为滚动不执行JS积攒回调，若是回调执行时间过长，就会很是容易形成卡顿问题和一些不可知的错误（setInterval自带的优化，若是当前事件队列中有setInterval的回调，不会重复添加回调）
• 并且把浏览器最小化显示等操做时，setInterval并非不执行程序，它会把setInterval的回调函数放在队列中，等浏览器窗口再次打开时，一瞬间所有执行

因此，至于这么问题，通常认为的最佳方案是：用setTimeout模拟setInterval或者特殊场合直接用requestAnimationFrame

Promise时代的microtask与macrotask

在es6盛行的如今，能够看下这题：

console.log('script start');

setTimeout(()=>{
    console.log('setTimeout')
},0);

Promise.resolve()
.then(()=>console.log('promise1'))
.then(()=>console.log('promise2'))

console.log('script end')

//执行结果：
script start
script end
promise1
promise2
setTimeout

由于promise有一个新的概念microtask.或者能够说JS中分为两种任务：macrotask和microtask;
理解以下：

• macrotask(又叫宏任务),主代码块，setTimeout,setInterval等（能够看到，事件队列中的每个事件都是一个macrotask）
• 能够理解是每次执行的代码就是一个宏任务（包括每次从事件队列中获取一个事件回调并放到执行栈中执行）
• 第一个macrotask会从头至尾将这个任务执行完毕，不会执行其它
• 浏览器为了可以使得JS内部macrotask与DOM任务可以有序的执行，会在一个macrotask执行结束后，在下一个macrotask执行开始前，对页面进行从新渲染（task->渲染->task->...）
• microtask（又叫微任务），Promise,process.nextTick等。
• 能够理解是在当前macrotask执行结束后当即执行的任务
• 也就是说在当前macrotask任务后，下一个macrotask以前，在渲染以前
• 因此它的响应速度相比setTimeout(setTimeout是macrotask)会更快由于无需等待渲染
• 也就是说，在某一个macrotask执行完成后，就会将在它执行期间产生的全部microtask都执行完毕（在渲染前）

注意：在Node环境下，process.nextTick的优先级高于promise.也就是：在宏任务结束后会先执行微任务队列中的nextTick部分，而后才会执行微任务中的promise部分。

另外，setImmediate则是规定：在下一次Event Loop（宏任务）时触发（因此它是属于优先级较高的宏任务），（Node.js文档中称，setImmediate指定的回调函数，老是排在setTimeout前面），因此setImmediate若是嵌套的话，是须要通过多个Loop才能完成的，而不会像process.nextTick同样没完没了。

能够理解：

• macrotask中的事件都是放在一个事件队列中的，而这个队列由事件触发线程维护.
• microtask中的全部微任务都是添加到微任务队列中，等待当前macrotask执行完后执行，而这个队列由JS引擎线程维护。

因此：

• 执行一个宏任务（栈中没有就从事件队列中获取）
• 执行过程当中若是遇到微任务，就将它添加到微任务的任务队列中
• 宏任务执行完毕后，当即执行当前微任务队列中的全部微任务（依次执行）
• 当前宏任务执行完毕，开始检查渲染，而后GUI线程接管渲染
• 渲染完毕后，JS线程继续接管，开始下一个宏任务（从事件队列中获取）

new Promise里的函数是直接执行的算作主程序里，并且.then后面的才会放到微任务中。

另外，请注意下Promise的polyfill与官方版本的区别：

官方版本中，是标准的microtask形式
polyfill，通常都是经过setTimeout模拟的，因此是macrotask形式
请特别注意这两点区别

注意，有一些浏览器执行结果不同（由于它们可能把microtask当成macrotask来执行了），可是为了简单，这里不描述一些不标准的浏览器下的场景（但记住，有些浏览器可能并不标准）

Mutation Observer能够用来实现microtask（它属于microtask，优先级小于Promise，通常是Promise不支持时才会这样作）

它是HTML5中的新特性，做用是：监听一个DOM变更，当DOM对象树发生任何变更时，Mutation Observer会获得通知

像之前的Vue源码中就是利用它来模拟nextTick的，具体原理是，建立一个TextNode并监听内容变化，而后要nextTick的时候去改一下这个节点的文本内容，以下：（Vue的源码，未修改）

var counter=1
var observer=newMutationObserver(nextTickHandler)
var textNode=document.createTextNode(String(counter))
observer.observe(textNode,{characterData:true})
timerFunc=()=>{
    counter=(counter+1)%2
    textNode.data=String(counter)
}

不过，如今的Vue（2.5+）的nextTick实现移除了Mutation Observer的方式（听说是兼容性缘由），取而代之的是使用MessageChannel（固然，默认状况仍然是Promise，不支持才兼容的）。

MessageChannel属于宏任务，优先级是：setImmediate->MessageChannel->setTimeout，因此Vue（2.5+）内部的nextTick与2.4及以前的实现是不同的，须要注意下。