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—下

梳理浏览器内核中线程之间的关系

到了这里,已经对浏览器的运行有了一个整体的概念,接下来,先简单梳理一些概念

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。

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。

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

简单梳理下浏览器渲染流程

本来是直接计划开始谈JS运行机制的,但想了想,既然上述都一直在谈浏览器,直接跳到JS可能再突兀,因此,中间再补充下浏览器的渲染流程(简单版本)

为了简化理解,前期工作直接省略成:(要展开的或完全可以写另一篇超长文)

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

- 浏览器渲染流程开始

浏览器器内核拿到内容后,渲染大概可以划分成以下几个步骤:

解析html建立dom树

解析css构建render树(将CSS代码解析成树形的数据结构,然后结合DOM合并成render树)

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。

所有详细步骤都已经略去,渲染完毕后就是load事件了,之后就是自己的JS逻辑处理了

既然略去了一些详细的步骤,那么就提一些可能需要注意的细节把。

这里重绘参考来源中的一张图:(参考来源第一篇)

load事件与DOMContentLoaded事件的先后

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事件的先后么?

很简单,知道它们的定义就可以了:

当 DOMContentLoaded 事件触发时,仅当DOM加载完成,不包括样式表,图片。 (譬如如果有async加载的脚本就不一定完成)

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

所以,顺序是:DOMContentLoaded -> load

css加载是否会阻塞dom树渲染?

这里说的是头部引入css的情况

首先,我们都知道:css是由单独的下载线程异步下载的。

然后再说下几个现象:

css加载不会阻塞DOM树解析(异步加载时DOM照常构建)

但会阻塞render树渲染(渲染时需等css加载完毕,因为render树需要css信息)

这可能也是浏览器的一种优化机制。

因为你加载css的时候,可能会修改下面DOM节点的样式, 如果css加载不阻塞render树渲染的话,那么当css加载完之后, render树可能又得重新重绘或者回流了,这就造成了一些没有必要的损耗。 所以干脆就先把DOM树的结构先解析完,把可以做的工作做完,然后等你css加载完之后, 在根据最终的样式来渲染render树,这种做法性能方面确实会比较好一点。

普通图层和复合图层

渲染步骤中就提到了composite概念。

可以简单的这样理解,浏览器渲染的图层一般包含两大类:普通图层以及复合图层

首先,普通文档流内可以理解为一个复合图层(这里称为默认复合层,里面不管添加多少元素,其实都是在同一个复合图层中)

其次,absolute布局(fixed也一样),虽然可以脱离普通文档流,但它仍然属于默认复合层。

然后,可以通过硬件加速的方式,声明一个新的复合图层,它会单独分配资源 (当然也会脱离普通文档流,这样一来,不管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)

可以简单理解下:GPU中,各个复合图层是单独绘制的,所以互不影响,这也是为什么某些场景硬件加速效果一级棒

可以Chrome源码调试 -> More Tools -> Rendering -> Layer borders中看到,黄色的就是复合图层信息

如下图。可以验证上述的说法

如何变成复合图层(硬件加速)

将该元素变成一个复合图层,就是传说中的硬件加速技术

最常用的方式:translate3d、translateZ

opacity属性/过渡动画(需要动画执行的过程中才会创建合成层,动画没有开始或结束后元素还会回到之前的状态)

will-chang属性(这个比较偏僻),一般配合opacity与translate使用(而且经测试,除了上述可以引发硬件加速的属性外,其它属性并不会变成复合层), 作用是提前告诉浏览器要变化,这样浏览器会开始做一些优化工作(这个最好用完后就释放)

其它,譬如以前的flash插件

absolute和硬件加速的区别

可以看到,absolute虽然可以脱离普通文档流,但是无法脱离默认复合层。 所以,就算absolute中信息改变时不会改变普通文档流中render树, 但是,浏览器最终绘制时,是整个复合层绘制的,所以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,如果复合层中内容多,absolute带来的绘制信息变化过大,资源消耗是非常严重的)

而硬件加速直接就是在另一个复合层了(另起炉灶),所以它的信息改变不会影响默认复合层 (当然了,内部肯定会影响属于自己的复合层),仅仅是引发最后的合成(输出视图)

复合图层的作用?

一般一个元素开启硬件加速后会变成复合图层,可以独立于普通文档流中,改动后可以避免整个页面重绘,提升性能

但是尽量不要大量使用复合图层,否则由于资源消耗过度,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,尽可能的使用index,防止浏览器默认给后续的元素创建复合层渲染

具体的原理时这样的: webkit CSS3中,如果这个元素添加了硬件加速,并且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,并且releative或absolute属性相同的), 会默认变为复合层渲染,如果处理不当会极大的影响性能

简单点理解,其实可以认为是一个隐式合成的概念:如果a是一个复合图层,而且b在a上面,那么b也会被隐式转为一个复合图层,这点需要特别注意

另外,这个问题可以在这个地址看到重现(原作者分析的挺到位的,直接上链接):

web.jobbole.com/83575/

从Event Loop谈JS的运行机制

到此时,已经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。

注意,这里不谈可执行上下文,VO,scop chain等概念(这些完全可以整理成另一篇文章了),这里主要是结合Event Loop来谈JS代码是如何执行的。

读这部分的前提是已经知道了JS引擎是单线程,而且这里会用到上文中的几个概念:(如果不是很理解,可以回头温习)

JS引擎线程

事件触发线程

定时触发器线程

然后再理解一个概念:

JS分为同步任务和异步任务

同步任务都在主线程上执行,形成一个执行栈

主线程之外,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。

一旦执行栈中的所有同步任务执行完毕(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中,开始执行。

看图:

事件循环机制进一步补充

这里就直接引用一张图片来协助理解:

上图大致描述就是:

主线程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种事件(当满足触发条件后,如ajax请求完毕)

而栈中的代码执行完毕,就会读取事件队列中的事件,去执行那些回调

如此循环

注意,总是要等待栈中的代码执行完毕后才会去读取事件队列中的事件

单独说说定时器

上述事件循环机制的核心是:JS引擎线程和事件触发线程

但事件上,里面还有一些隐藏细节,譬如调用setTimeout后,是如何等待特定时间后才添加到事件队列中的?

是JS引擎检测的么?当然不是了。它是由定时器线程控制(因为JS引擎自己都忙不过来,根本无暇分身)

为什么要单独的定时器线程?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,因此很有必要单独开一个线程用来计时。

什么时候会用到定时器线程?当使用setTimeout或setInterval时,它需要定时器线程计时,计时完成后就会将特定的事件推入事件队列中。

譬如:

这段代码的作用是当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

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:

执行结果是:先begin后hello!

虽然代码的本意是0毫秒后就推入事件队列,但是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。(不过也有一说是不同浏览器有不同的最小时间设定)

就算不等待4秒,就算假设0毫秒就推入事件队列,也会先执行begin(因为只有可执行栈内空了后才会主动读取事件队列)

setTimeout而不是setInterval

用setTimeout模拟定期计时和直接用setInterval是有区别的。

因为每次setTimeout计时到后就会去执行,然后执行一段时间后才会继续setTimeout,中间就多了误差(误差多少与代码执行时间有关)

而setInterval则是每次都精确的隔一段时间推入一个事件(但是,事件的实际执行时间不一定就准确,还有可能是这个事件还没执行完毕,下一个事件就来了)

而且setInterval有一些比较致命的问题就是:

累计效应(上面提到的),如果setInterval代码在(setInterval)再次添加到队列之前还没有完成执行,就会导致定时器代码连续运行好几次,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(因为代码执行需要一定时间)

譬如像iOS的webview,或者Safari等浏览器中都有一个特点,在滚动的时候是不执行JS的,如果使用了setInterval,会发现在滚动结束后会执行多次由于滚动不执行JS积攒回调,如果回调执行时间过长,就会非常容器造成卡顿问题和一些不可知的错误

而且把浏览器最小化显示等操作时,setInterval并不是不执行程序,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,一瞬间全部执行时

所以,鉴于这么多但问题,目前一般认为的最佳方案是:用setTimeout模拟setInterval,或者特殊场合直接用requestAnimationFrame

补充:JS高程中有提到,JS引擎会对setInterval进行优化,如果当前事件队列中有setInterval的回调,不会重复添加。不过,仍然是有很多问题。。。

架构师视频资料分享链接:

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  • 原文链接:http://kuaibao.qq.com/s/20180124A08KPY00?refer=cp_1026

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