js运行机制

作者: 焦迈奇 | 来源:发表于2019-05-15 22:58 被阅读0次

进程与线程

进程是cpu资源分配的最小单位，进程可以包含多个线程。浏览器就是多进程的，每打开的一个浏览器窗口就是一个进程。

线程是cpu调度的最小单位，同一进程下的各个线程之间共享程序的内存空间。

可以把进程看做一个仓库，线程是可以运输的货车，每个仓库有属于自己的多辆货车为仓库服务（运货），每个仓库可以同时由多辆车同时拉货，但是每辆车同一时间只能干一件事，就是运输本次的货物。这样就好理解了吧。

渲染进程

浏览器包括4个进程：

主进程（Browser进程），浏览器只有一个主进程，负责资源下载，界面展示等主要基础功能
GPU进程，负责3D图示绘制
第三方插件进程，负责第三方插件处理
渲染进程（Renderer进程），负责js执行，页面渲染等功能，也是本章重点内容

渲染进程主要包括GUI渲染线程、Js引擎线程、事件循环线程、定时器线程、http异步线程。

GUI渲染线程

先看看浏览器得到一个网站资源后干了哪些事：

首先浏览器会解析html代码（实际上html代码本质是字符串）转化为浏览器认识的节点，生成DOM树，也就是DOM Tree
然后解析css，生成CSSOM（CSS规则树）
把DOM Tree 和CSSOM结合，生成Rendering Tree(渲染树)

GUI就是来干这个事情的，如果修改了一些元素的颜色或者背景色，页面就会重绘（Repaint），如果修改元素的尺寸，页面就会回流（Reflow），当页面需要Repaing和Reflow时GUI多会执行，进行页面绘制。

这里提示一点：Reflow比Repaint的成本更高，在js性能优化中会将如何避免Reflow和Repaint

JS引擎线程

js引擎线程就是js内核，负责解析与执行js代码，也称为主线程。浏览器同时只能有一个JS引擎线程在运行JS程序，所以js是单线程运行的。

需要注意的是，js引擎线程和GUI渲染线程同时只能有一个工作，js引擎线程会阻塞GUI渲染线程

<html>
    <body>
        <div id="div1"> a </div>
        <script>
            document.getElementById('div1').innerHTML = 'b'
        </script>
        <div id='div2'> div2 </div>
    </body>
</html>

在浏览器渲染的时候遇到<script>标签，就会停止GUI的渲染，然后js引擎线程开始工作，执行里面的js代码，等js执行完毕，js引擎线程停止工作，GUI继续渲染下面的内容。所以如果js执行时间太长就会造成页面卡顿的情况，这也是后面性能优化的点。

事件循环线程

事件循环线程用来管理控制事件循环，并且管理着一个事件队列（task queue），当js执行碰到事件绑定和一些异步操作时，会把对应的事件添加到对应的线程中（比如定时器操作，便把定时器事件添加到定时器线程），等异步事件有了结果，便把他们的回调操作添加到事件队列，等待js引擎线程空闲时来处理。

定时器线程

由于js是单线程运行，所以不能抽出时间来计时，只能另开辟一个线程来处理定时器任务，等计时完成，把定时器要执行的操作添加到事件任务队列尾，等待js引擎线程来处理。这个线程就是定时器线程。

异步请求线程

当执行到一个http异步请求时，便把异步请求事件添加到异步请求线程，等收到响应（准确来说应该是http状态变化），把回调函数添加到事件队列，等待js引擎线程来执行。

Event Loop

上面介绍了渲染进程中的5个主要的线程，可能看完上面对各个线程简单的介绍，还有点不明白他们之间到底怎么协作工作的，下面就从Event Loop的角度来聊一聊他们之间是怎样那么愉快合作的。

已经知道了js是单线程运行的，也知道js中有同步操作和异步操作。同步和异步大家应该很熟了，不多介绍。

同步操作运行在js引擎线程（主线程）上，会形成一个执行栈，而异步操作则在他们对应的异步线程上处理（比如：定时操作在定时器线程上；http请求则在异步请求线程上处理）。

而事件循环线程则监视着这些异步线程们，等异步线程们里面的操作有了结果（比如：定时器计时完成，或者http请求获取到响应），便把他们的毁掉函数添加到事件队列尾部，整个过程中执行栈、事件队列就构成Event Loop。

请看网络盗图：

image.png

这是网络上对Event Loop的解释图，相信大家现在能明白这张图的含义了。

有关定时器（setTimeout、setInterval）的更多趣事

定时器会按照规定时间执行吗？

定时器是规定在一段时间之后执行一段代码，但是在js执行中不会准确无误的按照预期的时间去执行定时器里面的代码。

一个原因是W3C标准规定setTimeout中最小的时间周期是4毫秒，凡是低于4ms的时间间隔都按照4ms来处理。

其实还有一个重要的原因，如果仔细看上面的文章，大家应该会想到在js执行的时候，主线程碰到定时器的时候，是不会直接处理的，应该是先把定时器事件交给定时器线程去处理，这时主线程继续执行下面的代码，同时定时器线程开始计时处理，等到计时完毕，事件循环线程会把定时器要执行的操作放在事件队列末尾，等主线程空闲的时候再来执行事件队列里面的操作。

应该使用setTimeout还是setInterval

使用setTimeout模拟setInterval代码类似以下代码：

var say = function() {
    setTimeout(say, 1000)
    console.log('hello world')
}

setTimeout(say, 1000)

这样js碰到定时器，会交给定时器线程处理，然后等计时完毕，定时器里面的操作添加到事件队列，等主线程空闲去执行，主线程执行的时候又会发遇到定时器，这是又开始执行上面的一系列操作。

你会发现，这样做会在每一次定时器执行完毕才开始下一个定时器，其中的误差只是等待主线程空闲所需要等待的时间。

而setInterval是规定每隔固定的时间就往定时器线程中推入一个事件，这样做有一个问题，就是累积效应。

累积效应：就是如果定时器里面的代码执行所需的时间大于定时器的执行周期，就会出现累计效应，简单来说就是上一次定时器里面的操作还没执行完毕，下一次定时器事件又来了

累积效应会导致有些事件丢失，具体为什么会丢失，感兴趣的可以看这篇文章，所以为了保险起见，尽量去使用setTimeout而不使用setInterval。

如果有对setTimeout非常感兴趣的同学，我非常推荐大家去看看80% 应聘者都不及格的 JS 面试题这篇文章。

macrotask与microtask

microtask是Promise里一个新的概念。

macrotask

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
macrotask（又称之为宏任务），可以理解是每次执行栈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）
每一个task会从头到尾将这个任务执行完毕，不会执行其它
浏览器为了能够使得JS内部task与DOM任务能够有序的执行，会在一个task执行结束后，在下一个 task 执行开始前，对页面进行重新渲染

microtask

microtask（又称为微任务），可以理解是在当前 task 执行结束后立即执行的任务
microtask中的所有微任务都是添加到微任务队列（Job Queues）中，等待当前macrotask执行完毕后执行，而这个队列由JS引擎线程维护
在当前task任务后，下一个task之前，在渲染之前执行
所以它的响应速度相比setTimeout（setTimeout是task）会更快，因为无需等渲染
也就是说，在某一个macrotask执行完后，就会将在它执行期间产生的所有microtask都执行完毕（在渲染前）

请看网络盗图：

image.png

所以js运行过程：

执行一个宏任务（栈中没有就从事件队列中获取）
执行过程中如果遇到微任务，就将它添加到微任务的任务队列中
宏任务执行完毕后，立即执行当前微任务队列中的所有微任务（依次执行）
当前宏任务执行完毕，开始检查渲染，然后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）

有关macrotask和microtask的分析借鉴于从浏览器多进程到JS单线程，JS运行机制最全面的一次梳理

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
复制代码这样理解下：
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.

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。

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，不会和其他页面的Render进程（浏览器内核进程）共享
所以Chrome在Render进程中（每一个Tab页就是一个render进程）创建一个新的线程来运行Worker中的JavaScript程序。

SharedWorker是浏览器所有页面共享的，不能采用与Worker同样的方式实现，因为它不隶属于某个Render进程，可以为多个Render进程共享使用
所以Chrome浏览器为SharedWorker单独创建一个进程来运行JavaScript程序，在浏览器中每个相同的JavaScript只存在一个SharedWorker进程，不管它被创建多少次。

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。

Browser进程和浏览器内核（Renderer进程）的通信过程

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