深刻前端-完全搞懂浏览器运行机制

时间 2019-11-08

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浏览器是多进程的

最后下面的渲染进程可能有多个（每一个tab页面浏览器都会启动一个渲染进程）css

Browser进程：

浏览器的主进程（负责协调、主控），只有一个。html

负责浏览器界面显示，与用户交互。如前进，后退等web

负责各个页面的管理，建立和销毁其余进程segmentfault

将Renderer进程获得的内存中的Bitmap，绘制到用户界面上浏览器

网络资源的管理，下载等服务器

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网络

GPU进程：

最多一个，用于3D绘制等多线程

浏览器渲染进程（浏览器内核）（Renderer进程，内部是多线程的）：

默认每一个Tab页面都会产生一个渲染进程，互不影响。主要做用为
页面渲染，脚本执行，事件处理等dom

怎么查看浏览器进程状况

打开Chrome Shift+Esc；咱们能够看到进程状况，Chrome图标就是Browser主进程
异步

多线程优缺点

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

简单点理解：若是浏览器是单进程，那么某个Tab页崩溃了，就影响了整个浏览器，体验有多差；同理若是是单进程，插件崩溃了也会影响整个浏览器；并且多进程还有其它的诸多优点，固然内存等资源消耗也会更大

重点是浏览器内核（渲染进程）该进程有多个线程完成

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（Repaint）或因为某种操做引起回流(reflow)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（至关于被冻结了），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。
为何互斥：因为 JS 是能够操做 DOM 的，若是同时修改元素属性并同时渲染界面(即 JS线程和UI线程同时运行)，那么渲染线程先后得到的元素就可能不一致了（简单说就是js修改dom后没有从新渲染成功）

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（renderer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，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余线程,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setInterval与setTimeout所在线程
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记计时的准确）
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开一个线程请求
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。

进程间的通讯过程

Browser进程收到用户请求，首先须要获取页面内容（譬如经过网络下载资源），随后将该任务经过RendererHost接口传递给Render进程
Renderer进程的Renderer接口收到消息，简单解释后，交给渲染线程，而后开始渲染
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（这样可能会形成回流并重绘）
最后Render进程将结果传递给Browser进程
Browser进程接到结果并将结果绘制出来

渲染进程（浏览器内核）线程的关系

GUI渲染线程与JS引擎线程互斥

因为JavaScript是可操纵DOM的，若是在修改这些元素属性同时渲染界面（即JS线程和UI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，浏览器设置GUI渲染线程与JS引擎为互斥的关系，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，也会被保存到队列中，等待JS引擎空闲后执行。
而后，因为巨量计算，因此JS引擎极可能好久好久后才能空闲，天然会感受到巨卡无比。
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。

WebWorker，JS的多线程

JavaScript引擎是单线程运行的，JavaScript中耗时的I/O操做都被处理为异步操做，它们包括键盘、鼠标I/O输入输出事件、窗口大小的resize事件、定时器(setTimeout、setInterval)事件、Ajax请求网络I/O回调等。当这些异步任务发生的时候，它们将会被放入浏览器的事件任务队列中去，等到JavaScript运行时执行线程空闲时候才会按照队列先进先出的原则被一一执行，但终究仍是单线程。

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）

//主线程 main.js
var worker = new Worker("worker.js");
worker.onmessage = function(event){
    // 主线程收到子线程的消息
};
// 主线程向子线程发送消息
worker.postMessage({
    type: "start",
    value: 12345
});

//web worker.js
onmessage = function(event){
   // 收到
};
postMessage({
    type: "debug",
    message: "Starting processing..."
});

浏览器渲染流程

拿到内容

浏览器根据 DNS 服务器获得域名的 IP 地址
向这个 IP 的机器发送 HTTP 请求
服务器收到、处理并返回 HTTP 请求
浏览器获得返回内容

解析内容创建Rendering Tree

解析HTMl构建dom

dom做用: HTMLDOM是HTML Document Object Model(文档对象模型)的缩写，HTML DOM则是专门适用于HTML/XHTML的文档对象模型。熟悉软件开发的人员能够将HTML DOM理解为网页的API。它将网页中的各个元素都看做一个个对象，从而使网页中的元素也能够被计算机语言获取或者编辑。
dom规定

整个文档是一个文档节点
每一个HTML标签是一个元素节点
包含在HTML元素中的文本是文本节点
每个HTML属性是一个属性节点（属性节点是另外一个层面的理解，在浏览器后台打印的时候，不存在属性节点）
注释属于注释节点

解析过程：浏览器会自动把HTML文档解析为一个“文档对象模型”，即Document Object Model，简称DOM，这是一个树形结构，树根是Document对象，树干是网页的根元素<html>，而后分出两个枝丫，一个是<head>，一个是<body>，而后网页上的其余标签就是这棵树上的树叶和树枝了，经过这个结构，就能够查找和控制网页上的任何一个元素了。所以，能够这么说，网页上的任何元素都是Document对象的子对象。

解析CSS产生CSS规则树，css是由单独的下载线程异步下载的,自己不会阻塞Dom加载，它和DOM结构比较像而后结合DOM生成RenderTree

Javascript解析，经过 DOM API 和 CSSOM API 来操做 DOM Tree 和 CSS Rule Tree。

布局render树（Layout/reflow），负责各元素尺寸、位置的计算

绘制render树（paint），绘制页面像素信息

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

渲染过程当中的问题

DOMContentLoaded与onload

当 DOMContentLoaded 事件触发时，仅当DOM加载完成，不包括样式表，图片
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）
DOMContentLoaded -> load

浏览器若是渲染过程当中遇到JS文件怎么处理？

上面说过GUI渲染线程与JS引擎线程是互斥的，因此渲染过程当中，若是遇到<script>就中止渲染，执行 JS 代码，也就是说，在构建DOM时，HTML解析器若遇到了JavaScript，那么它会暂停构建DOM，将控制权移交给JavaScript引擎，等JavaScript引擎运行完毕，浏览器再从中断的地方恢复DOM构建。
首屏渲染的越快，就越不该该在首屏就加载 JS 文件，这也是都建议将 script 标签放在 body 标签底部的缘由

JS文件不仅是阻塞DOM的构建，它会致使CSSOM也阻塞DOM的构建。

由于JavaScript不仅是能够改DOM，它还能够更改样式，也就是它能够更改CSSOM。由于不完整的CSSOM是没法使用的，若是JavaScript想访问CSSOM并更改它，那么在执行JavaScript时，必需要能拿到完整的CSSOM。
因此就致使了一个现象，若是浏览器还没有完成CSSOM的下载和构建，而咱们却想在此时运行脚本，那么浏览器将延迟脚本执行和DOM构建，直至其完成CSSOM的下载和构建。也就是说，在这种状况下，浏览器会先下载和构建CSSOM

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

没有 defer 或 async，浏览器会当即加载并执行指定的脚本，也就是说不等待后续载入的文档元素，读到就加载并执行。

<script defer src="script.js"></script>(延迟执行)

defer 属性表示延迟执行引入的 JavaScript，即这段 JavaScript 加载时 HTML 并未中止解析，这两个过程是并行的。整个 document 解析完毕且 defer-script 也加载完成以后（这两件事情的顺序无关），会执行全部由 defer-script 加载的 JavaScript 代码，而后触发 DOMContentLoaded 事件。
defer 与相比普通 script，有两点区别：载入 JavaScript 文件时不阻塞 HTML 的解析，执行阶段被放到 HTML 标签解析完成以后。在加载多个JS脚本的时候，async是无顺序的加载，而defer是有顺序的加载。

<script async src="script.js"></script> (异步下载)

async 属性表示异步执行引入的 JavaScript，与 defer 的区别在于，若是已经加载好，就会开始执行。也就是加载不阻塞，执行会阻塞。

浏览器的回流与重绘 (Reflow & Repaint)

浏览器使用流式布局模型 (Flow Based Layout)。
有了RenderTree，咱们就知道了全部节点的样式，而后计算他们在页面上的大小和位置，最后把节点绘制到页面上。

回流

当Render Tree中部分或所有元素的尺寸、结构、或某些属性发生改变时，浏览器从新渲染部分或所有文档的过程称为回流。

页面首次渲染
浏览器窗口大小发生改变
元素尺寸或位置发生改变
元素内容变化（文字数量或图片大小等等）
元素字体大小变化
添加或者删除可见的DOM元素
激活CSS伪类（例如：:hover）
查询某些属性或调用某些方法

重绘

当页面中元素样式的改变并不影响它在文档流中的位置时（例如：color、background-color、visibility等），浏览器会将新样式赋予给元素并从新绘制它，这个过程称为重绘。