浏览器渲染机制

线程和进程

进程和线程的概念可以这样理解：

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

工厂有多个工人，就相当于一个进程可以有多个线程，而且线程共享进程的空间。

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，系统会给它分配内存） 线程是​​​cpu​​调试的最小单位（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。核心还是属于一个进程。）

浏览器是多进程的

浏览器是多进程的，每打开一个​​tab​​页，就相当于创建了一个独立的浏览器进程。

浏览器包含的进程：

1. ​​Browser​​进程：浏览器的主进程（负责协调，主控），只有一个，作用有：

• 负责浏览器的界面显示，与用户交互，如前进，后退等
• 负责各个页面的管理，创建和销毁其它进程
• 将​​Rendered​​​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
• 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）（​​Render​​​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

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）

浏览器多进程的优势

• 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

简单理解就是：如果浏览器是单进程的，某个​​Tab​​页崩溃了，就影响了整个浏览器，体验就会很差。同理如果是单进程的，插件崩溃了也会影响整个浏览器; 当然，内存等资源消耗也会更大，像空间换时间一样。

重点是浏览器内核（渲染进程）

对于普通的前端操作来说，最重要的​渲染进程​：页面的渲染，​​js​​的执行，事件的循环等都在这个进程内执行;

​浏览器是多进程的，浏览器的渲染进程是多线程的；​

​​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。
• 当界面需要重绘或由于某种操作引发回流时，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（​​render​​​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（可以理解成​​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它线程，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​​setTimeout​​​和​​setInterval​​所在的线程
• 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​​在连接后是通过浏览器新型一个线程请求
• 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

总结下来，渲染进程如下：

Browser主进程和浏览器内核（渲染进程）的通信过程

打开一个浏览器，可以看到：任务管理器出现了2个进程（一个主进程，一个是打开​​Tab​​页的渲染进程）；

• ​​Browser​​​主进程收到用户请求，首先需要获取页面内容（如通过网络下载资源）,随后将该任务通过​​RendererHost​​​接口传递给​​Render​​渲染进程
• ​​Render​​​渲染进程的​​Renderer​​​接口收到消息，简单解释后，交给渲染线程​​GUI​​，然后开始渲染
• ​​GUI​​​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​​​主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​​（这可能会造成回流并重绘）
• 最后​​Render​​​渲染进程将结果传递给​​Browser​​主进程
• ​​Browser​​主进程接收到结果并将结果绘制出来

浏览器内核（渲染进程）中线程之间的关系

​GUI渲染线程与JS引擎线程互斥​

由于​​JavaScript​​​是可操作​​DOM​​​的，如果在修改这些元素属性同时渲染界面（即​​JS​​​线程和​​GUI​​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，浏览器就设置了互斥的关系，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，也会被保存在队列中，要等到​​JS​​​引擎空闲后执行。然后由于巨量计算，所以​​JS​​引擎可能很久很久才能空闲，肯定就会感觉很卡。

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。

​​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。然后还有几个现象：

1. ​​css​​​加载不会阻塞​​DOM​​​树解析（异步加载时​​dom​​照常构建）
2. 但会阻塞​​render​​​树渲染（渲染时需要等​​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 所以干脆把​​​DOM​​​树的结构先解析完，把可以做的工作做完，然后等​​css​​​加载完之后，在根据最终的样式来渲染​​render​​树，这种做法确实对性能好一点。

​​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​​WebWorker​​。

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。

​​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

总结浏览器渲染流程

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​​Render​​进程--浏览器渲染流程开始

浏览器内核拿到内容后，渲染大概可以划分为：

1. 解析​​html​​​建立​​dom​​要
2. 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）
3. 布局​​render​​​树（​​Layout/reflow​​）,负责各元素尺寸，位置的计算
4. 绘制​​render​​​树（​​paint​​），绘制页面像素信息
5. 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

渲染完毕后就是​​load​​​事件了，之后就是自己的​​JS​​逻辑处理了，略去了详细步骤。

​​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​​

普通图层和复合图层

渲染步骤就提到了​​composite​​概念;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。

1. 普通文档流内可以理解为一个复合图层（这里默认复合层，里面不管添加多少元素，其实都是在同个复合图层中）
2. ​​absolute​​​布局（​​fixed​​也一样），虽然可以脱离文档流，但它仍然属于默认复合层
3. 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

​如何变成复合图层（硬件加速）​

将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）
• ​​<video><iframe><canvas><webgl>​​等元素
• 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 具体的原理是：​​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​​relective​​​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，可以认为是一个隐式合成的概念：如果a是一个复合层，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

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。主要是结合​​Event Loop​​​来谈​​JS​​​代码是如何执行的。我们已经知道了​​JS​​​引擎是单线程的，知道了​​JS​​引擎线程，事件触发线程，定时触发器线程。然后还需要知道：

• ​​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，开始执行。

看到这里，应该就可以理解了：为什么有时候​​setTimeOut​​推入的事件不能准时执行？因为可能在它推入到事件列表时，主线程还不空闲，正在执行其它代码，所以就必须等待，自然有误差。

主线程在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）。而当栈中的代码执行完毕，就会去读取事件队列中的事件，去执行那些回调，如此循环。

定时器

上面事件循环机制的核心是：​​JS​​引擎线程和事件触发线程

调用​​setTimeout​​​后，是由定时器线程控制等到特定时间后添加到事件队列的，因为​​JS​​引擎是单线程的，如果处于阻塞线程状态就会影响计时准确，因此很有必要另开一个线程用来计时。

当使用​​setTimout​​​或​​setInterval​​时，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。

如：

setTimeout(()=>console.log('hello!),1000)
//等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

setTimeout(()=>{
    console.log('hello')
},0)
console.log('begin')

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：

1. 执行结果是：先​​begin​​​，后​​hello​​
2. 虽然代码的本意是​​0​​​毫秒就推入事件队列，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​​
3. 就算不等待​​4ms​​​，就算假设​​0​​​毫秒就推入事件队列，也会先执行​​begin​​（因为只能可执行栈内空了后才会主动读取事件队列）

​​setInterval​​

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

• 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
• 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：

• 累积效应，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）
• 比如你​​ios​​​的​​webview​​​，或者​​safari​​​等浏览器中都有一人特点，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，就会非常容易造成卡顿问题和一些不可知的错误（​​setInterval​​​自带的优化，如果当前事件队列中有​​setInterval​​的回调，不会重复添加回调）
• 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

所以，至于这么问题，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​​

​​Promise​​​时代的​​microtask​​​与​​macrotask​​

在​​es6​​盛行的现在，可以看下这题：

console.log('script start');

setTimeout(()=>{
    console.log('setTimeout')
},0);

Promise.resolve()
.then(()=>console.log('promise1'))
.then(()=>console.log('promise2'))

console.log('script end')

//执行结果：
script start
script end
promise1
promise2
setTimeout

因为​​promise​​​有一个新的概念​​microtask​​​.或者可以说​​JS​​​中分为两种任务：​​macrotask​​​和​​microtask​​; 理解如下：

• ​​macrotask​​​(又叫宏任务),主代码块，​​setTimeout​​​,​​setInterval​​​等（可以看到，事件队列中的每一个事件都是一个​​macrotask​​）
• 可以理解是每次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）
• 第一个​​macrotask​​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​​macrotask​​​与​​DOM​​​任务能够有序的执行，会在一个​​macrotask​​​执行结束后，在下一个​​macrotask​​​执行开始前，对页面进行重新渲染（​​task​​​->渲染->​​task​​->...）
• ​​microtask​​​（又叫微任务），​​Promise​​​,​​process.nextTick​​等。
• 可以理解是在当前​​macrotask​​执行结束后立即执行的任务
• 也就是说在当前​​macrotask​​​任务后，下一个​​macrotask​​之前，在渲染之前
• 所以它的响应速度相比​​setTimeout​​​(​​setTimeout​​​是​​macrotask​​)会更快因为无需等待渲染
• 也就是说，在某一个​​macrotask​​​执行完成后，就会将在它执行期间产生的所有​​microtask​​都执行完毕（在渲染前）

注意：在​​Node​​​环境下，​​process.nextTick​​​的优先级高于​​promise​​​.也就是：在宏任务结束后会先执行微任务队列中的​​nextTick​​​部分，然后才会执行微任务中的​​promise​​部分。

另外，​​setImmediate​​​则是规定：在下一次​​Event Loop​​​（宏任务）时触发（所以它是属于优先级较高的宏任务），（​​Node.js​​​文档中称，​​setImmediate​​​指定的回调函数，总是排在​​setTimeout​​​前面），所以​​setImmediate​​​如果嵌套的话，是需要经过多个​​Loop​​​才能完成的，而不会像​​process.nextTick​​一样没完没了。

可以理解：

• ​​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.
• ​​microtask​​​中的所有微任务都是添加到微任务队列中，等待当前​​macrotask​​​执行完后执行，而这个队列由​​JS​​引擎线程维护。

所以：

• 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）

​​new Promise​​​里的函数是直接执行的算做主程序里，而且​​.then​​后面的才会放到微任务中。​

​另外，请注意下​​Promise​​​的​​polyfill​​与官方版本的区别：​

官方版本中，是标准的​​microtask​​​形式​​polyfill​​​，一般都是通过​​setTimeout​​​模拟的，所以是​​macrotask​​形式 请特别注意这两点区别

注意，有一些浏览器执行结果不一样（因为它们可能把​​microtask​​​当成​​macrotask​​来执行了），但是为了简单，这里不描述一些不标准的浏览器下的场景（但记住，有些浏览器可能并不标准）

​​Mutation Observer​​​可以用来实现​​microtask​​​（它属于​​microtask​​​，优先级小于​​Promise​​​，一般是​​Promise​​不支持时才会这样做）

它是​​HTML5​​​中的新特性，作用是：监听一个​​DOM​​​变动，当​​DOM​​​对象树发生任何变动时，​​Mutation Observer​​会得到通知

像以前的​​Vue​​​源码中就是利用它来模拟​​nextTick​​​的，具体原理是，创建一个​​TextNode​​​并监听内容变化，然后要​​nextTick​​​的时候去改一下这个节点的文本内容，如下：（​​Vue​​的源码，未修改）

var counter=1
var observer=newMutationObserver(nextTickHandler)
var textNode=document.createTextNode(String(counter))
observer.observe(textNode,{characterData:true})
timerFunc=()=>{
    counter=(counter+1)%2
    textNode.data=String(counter)
}

不过，现在的​​Vue（2.5+）​​​的​​nextTick​​​实现移除了​​Mutation Observer​​​的方式（据说是兼容性原因），取而代之的是使用​​MessageChannel​​​（当然，默认情况仍然是​​Promise​​，不支持才兼容的）。

​​MessageChannel​​​属于宏任务，优先级是：​​setImmediate->MessageChannel->setTimeout​​​，所以​​Vue（2.5+）​​​内部的​​nextTick​​​与​​2.4​​及之前的实现是不一样的，需要注意下。

​