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浏览器的进程与线程

浏览器的进程与线程

作者: 指尖跳动 | 来源:发表于2020-03-18 21:03 被阅读0次

    浏览器是多进程的

    先简单理解:

    • 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。

    下图是关于以上几点的验证:



    图中打开了Chrome浏览器的多个标签页,然后可以在Chrome的任务管理器中看到有多个进程(分别是每一个Tab页面有一个独立的进程,以及一个主进程)。
    感兴趣的可以自行尝试下,如果再多打开一个Tab页,进程正常会+1以上

    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)

    1. Browser进程:浏览器的主进程(负责协调、主控),只有一个。作用有
      1.1 负责浏览器界面显示,与用户交互。如前进,后退等
      1.2 负责各个页面的管理,创建和销毁其他进程
      1.3 将Renderer进程得到的内存中的Bitmap,绘制到用户界面上
      1.4 网络资源的管理,下载等
    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创建
    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)(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
      4.1 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),如图



    另外,可以通过Chrome的更多工具 -> 任务管理器自行验证

    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)

    接下来看看它都包含了哪些线程(列举一些主要常驻线程):

    1. 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。
    1. 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。
    1. 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)
    1. 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。
    1. 异步http请求线程
    • 在XMLHttpRequest在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)

    1. 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
    2. 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
    1. 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

    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

    由于JavaScript是可操纵DOM的,如果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),那么渲染线程前后获得的元素数据就可能不一致了。

    因此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引擎线程空闲时立即被执行。

    JS阻塞页面加载

    从上述的互斥关系,可以推导出,JS如果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。
    然后,由于巨量计算,所以JS引擎很可能很久很久后才能空闲,自然会感觉到巨卡无比。

    所以,要尽量避免JS执行时间过长,这样就会造成页面的渲染不连贯,导致页面渲染加载阻塞的感觉。

    WebWorker,JS的多线程?

    前文中有提到JS引擎是单线程的,而且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?

    所以,后来HTML5中支持了Web Worker。

    MDN的官方解释是:

    Web Worker为Web内容在后台线程中运行脚本提供了一种简单的方法。线程可以执行任务而不干扰用户界面

    一个worker是使用一个构造函数创建的一个对象(e.g. Worker()) 运行一个命名的JavaScript文件

    这个文件包含将在工作线程中运行的代码; workers 运行在另一个全局上下文中,不同于当前的window

    因此,使用 window快捷方式获取当前全局的范围 (而不是self) 在一个 Worker 内将返回错误

    这样理解下:

    • 创建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,完全受主线程控制,而且不能操作DOM)
    • JS引擎线程与worker线程间通过特定的方式通信(postMessage API,需要通过序列化对象来与线程交互特定的数据)

    所以,如果有非常耗时的工作,请单独开一个Worker线程,这样里面不管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,将结果通信给主线程即可,perfect!

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

    其它,关于Worker的详解就不是本文的范畴了,因此不再赘述。


    选自:https://segmentfault.com/a/1190000012925872#comment-area

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