JS 运行机制最全面的一次梳理(上)

前言

最近发现有不少介绍JS单线程运行机制的文章，但是发现很多都仅仅是介绍某一部分的知识，而且各个地方的说法还不统一，容易造成困惑。因此准备梳理这块知识点，结合已有的认知，基于网上的大量参考资料， 从浏览器多进程到JS单线程，将JS引擎的运行机制系统的梳理一遍。

展现形式：由于是属于系统梳理型，就没有由浅入深了，而是从头到尾的梳理知识体系， 重点是将关键节点的知识点串联起来，而不是仅仅剖析某一部分知识。

内容是：从浏览器进程，再到浏览器内核运行，再到JS引擎单线程，再到JS事件循环机制，从头到尾系统的梳理一遍，摆脱碎片化，形成一个知识体系

目标是：看完这篇文章后，对浏览器多进程，JS单线程，JS事件循环机制这些都能有一定理解， 有一个知识体系骨架，而不是似懂非懂的感觉。

另外，本文适合有一定经验的前端人员，新手请规避，避免受到过多的概念冲击。可以先存起来，有了一定理解后再看，也可以分成多批次观看，避免过度疲劳。

大纲

• 区分进程和线程
• 浏览器是多进程的
  • 浏览器都包含哪些进程？
  • 浏览器多进程的优势
  • 重点是浏览器内核（渲染进程）
  • Browser进程和浏览器内核（Renderer进程）的通信过程
• 梳理浏览器内核中线程之间的关系
  • GUI渲染线程与JS引擎线程互斥
  • JS阻塞页面加载
  • WebWorker，JS的多线程？
  • WebWorker与SharedWorker
• 简单梳理下浏览器渲染流程
  • load事件与DOMContentLoaded事件的先后
  • css加载是否会阻塞dom树渲染？
  • 普通图层和复合图层
• 从Event Loop谈JS的运行机制
  • 事件循环机制进一步补充
  • 单独说说定时器
  • setTimeout而不是setInterval
• 事件循环进阶：macrotask与microtask
• 写在最后的话

区分进程和线程

线程和进程区分不清，是很多新手都会犯的错误，没有关系。这很正常。先看看下面这个形象的比喻：

- 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，多个工人协作完成任务

- 工厂内有一个或多个工人

- 工人之间共享空间

再完善完善概念：

- 工厂的资源 --> 系统分配的内存（独立的一块内存）

- 工厂之间的相互独立 --> 进程之间相互独立

- 多个工人协作完成任务 --> 多个线程在进程中协作完成任务

- 工厂内有一个或多个工人 --> 一个进程由一个或多个线程组成

- 工人之间共享空间 --> 同一进程下的各个线程之间共享程序的内存空间（包括代码段、数据集、堆等）

然后再巩固下：

如果是windows电脑中，可以打开任务管理器，可以看到有一个后台进程列表。对，那里就是查看进程的地方，而且可以看到每个进程的内存资源信息以及cpu占有率。

所以，应该更容易理解了：进程是cpu资源分配的最小单位（系统会给它分配内存）

最后，再用较为官方的术语描述一遍：

• 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次程序运行单位，一个进程中可以有多个线程）

tips

• 不同进程之间也可以通信，不过代价较大
• 现在，一般通用的叫法：单线程与多线程，都是指在一个进程内的单和多。（所以核心还是得属于一个进程才行）

浏览器是多进程的

理解了进程与线程的区别后，接下来对浏览器进行一定程度上的认识：（先看下简化理解）

• 浏览器是多进程的
• 浏览器之所以能够运行，是因为系统给它的进程分配了资源（cpu、内存）
• 简单点理解，每打开一个Tab页，就相当于创建了一个独立的浏览器进程

注意：在这里浏览器应该也有自己的优化机制，有时候打开多个tab页后，可以在Chrome任务管理器中看到，有些进程被合并了 （所以每一个Tab标签对应一个进程并不一定是绝对的）

浏览器都包含哪些进程？

知道了浏览器是多进程后，再来看看它到底包含哪些进程：（为了简化理解，仅列举主要进程）

• Browser进程：浏览器的主进程（负责协调、主控），只有一个。作用有：
  • 负责浏览器界面显示，与用户交互。如前进，后退等
  • 负责各个页面的管理，创建和销毁其他进程
  • 将Renderer进程得到的内存中的Bitmap，绘制到用户界面上
  • 网络资源的管理，下载等
• 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创建
• GPU进程：最多一个，用于3D绘制等
• 浏览器渲染进程（浏览器内核）（Renderer进程，内部是多线程的）：默认每个Tab页面一个进程，互不影响。主要作用为
  • 页面渲染，脚本执行，事件处理等

强化记忆：在浏览器中打开一个网页相当于新起了一个进程（进程内有自己的多线程）

当然，浏览器有时会将多个进程合并（譬如打开多个空白标签页后，会发现多个空白标签页被合并成了一个进程）

浏览器多进程的优势

相比于单进程浏览器，多进程有如下优点：

• 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势
• 方便使用沙盒模型隔离插件等进程，提高浏览器稳定性

简单点理解：如果浏览器是单进程，那么某个Tab页崩溃了，就影响了整个浏览器，体验有多差；同理如果是单进程，插件崩溃了也会影响整个浏览器；而且多进程还有其它的诸多优势。

当然，内存等资源消耗也会更大，有点空间换时间的意思。

重点是浏览器内核（渲染进程）

重点来了，我们可以看到，上面提到了这么多的进程，那么，对于普通的前端操作来说，最终要的是什么呢？答案是渲染进程

可以这样理解，页面的渲染，JS的执行，事件的循环，都在这个进程内进行。接下来重点分析这个进程

请牢记，浏览器的渲染进程是多线程的（这点如果不理解，请回头看进程和线程的区分）

终于到了线程这个概念了?，好亲切。那么接下来看看它都包含了哪些线程（列举一些主要常驻线程）：

• 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。
  • 当界面需要重绘（Repaint）或由于某种操作引发回流(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（相当于被冻结了），GUI更新会被保存在一个队列中等到JS引擎空闲时立即被执行。
• 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，然后加以处理，一个Tab页（renderer进程）中无论什么时候都只有一个JS线程在运行JS程序
  • 同样注意，GUI渲染线程与JS引擎线程是互斥的，所以如果JS执行的时间过长，这样就会造成页面的渲染不连贯，导致页面渲染加载阻塞。
• 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（可以理解，JS引擎自己都忙不过来，需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他线程,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，由于JS的单线程关系，所以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不是由JavaScript引擎计数的,（因为JavaScript引擎是单线程的, 如果处于阻塞线程状态就会影响记计时的准确）
  • 因此通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连接后是通过浏览器新开一个线程请求
  • 将检测到状态变更时，如果设置有回调函数，异步线程就产生状态变更事件，将这个回调再放入事件队列中。再由JavaScript引擎执行。

看到这里，如果觉得累了，可以先休息下，这些概念需要被消化，毕竟后续将提到的事件循环机制就是基于事件触发线程的，所以如果仅仅是看某个碎片化知识， 可能会有一种似懂非懂的感觉。要完成的梳理一遍才能快速沉淀，不易遗忘。放张图巩固下吧：

再说一点，为什么JS引擎是单线程的？额，这个问题其实应该没有标准答案，譬如，可能仅仅是因为由于多线程的复杂性，譬如多线程操作一般要加锁，因此最初设计时选择了单线程。。。

Browser进程和浏览器内核（Renderer进程）的通信过程

看到这里，首先，应该对浏览器内的进程和线程都有一定理解了，那么接下来，再谈谈浏览器的Browser进程（控制进程）是如何和内核通信的， 这点也理解后，就可以将这部分的知识串联起来，从头到尾有一个完整的概念。

如果自己打开任务管理器，然后打开一个浏览器，就可以看到：任务管理器中出现了两个进程（一个是主控进程，一个则是打开Tab页的渲染进程）， 然后在这前提下，看下整个的过程：(简化了很多)

• Browser进程收到用户请求，首先需要获取页面内容（譬如通过网络下载资源），随后将该任务通过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，然后开始渲染
  • 渲染线程接收请求，加载网页并渲染网页，这其中可能需要Browser进程获取资源和需要GPU进程来帮助渲染
  • 当然可能会有JS线程操作DOM（这样可能会造成回流并重绘）
  • 最后Render进程将结果传递给Browser进程
• Browser进程接收到结果并将结果绘制出来

这里绘一张简单的图：（很简化）

看完这一整套流程，应该对浏览器的运作有了一定理解了，这样有了知识架构的基础后，后续就方便往上填充内容。

这块再往深处讲的话就涉及到浏览器内核源码解析了，不属于本文范围。

如果这一块要深挖，建议去读一些浏览器内核源码解析文章，或者可以先看看参考下来源中的第一篇文章，写的不错

转载：JS 运行机制最全面的一次梳理