深入理解浏览器机制

浏览器中的进程：

• Browser进程：是浏览器的主进程，只有一个，负责主控，协调，可以看做是浏览器的大脑

  功能：

  • 负责下载页面的网络文件
  • 负责将Render进程得到的存在内存中的位图渲染到页面上
  • 负责创建的销毁tab进程(Render进程)
  • 负责与用户交互

• GPU进程：只有一个

  功能：

  • 负责3D绘制，只有当该页面使用了硬件加速才会使用它，来渲染页面，否则的话，不适用该进程，而是使用Browser进程来渲染页面

• Render进程：又名浏览器内核，每个tab页面对应一个独立的Render进程，内部有多个线程

  功能：

  • 负责脚本执行，位图绘制，事件触发，任务队列轮询等
• 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

浏览器是多进程的好处非常明显，如果浏览器是单线程的话，则一个页面，一个插件的崩溃会导致整个浏览器崩溃，用户体验感会非常差。

最主要的是浏览器内核：Render进程（渲染进程）

Render进程具有多个线程：

js引擎线程：

• 也称js内核，解析js脚本，执行代码；
• 与GUI线程互斥，即当js引擎线程运行时，GUI线程会被挂起，当js引擎线程结束运行时，才会继续运行GUI线程
• 由一个主线程和多个web worker线程组成，由于web worker线程时附属于主线程，无法操作dom等，所以js还是单线程语言（在主线程中运行js代码）

GUI渲染线程：

• 用于解析html为DOM树，解析css为CSSOM树，布局layout，绘制paint
• 当页面需要重排reflow，重绘repaint时，使用该线程
• 与js引擎线程互斥

事件触发线程：

• 当对应事件触发（不管是Web接口完成事件触发，还是页面交互事件触发）时，该线程都会将事件对应的回调函数放入callback queue（任务队列）中，等待js引擎线程的处理

定时触发线程：

• 对应于setTimeout，setInterval，由该线程来计时，当计时结束，将事件对应的回调函数放入任务队列，等待js引擎线程的处理
• 当定时的时间小于4ms时，一律按4ms计算

http请求线程：

• 每有一个http请求久开一个http请求线程
• 当检测到http的状态发生改变，就会产生一个状态变更事件，如果该事件对应有回调函数的话，则放入任务队列中

任务队列轮询线程：

• 用于轮询监听任务队列，以知道任务队列是否为空

浏览器进程间的通信过程

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. Render进程的Render接口收到消息，简单解释后，交给渲染线程，然后开始渲染
3. 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
4. 当然可能会有JS线程操作DOM（这样可能会造成回流并重绘）
5. 最后Render进程将结果传递给Browser进程
6. Browser进程接收到结果并将结果绘制出来

Render进程（渲染进程/浏览器内核）中线程间的关系

GUI渲染线程和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，在一个 Worker 内使用 window快捷方式获取当前全局的范围 (而不是self) 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。

WebWorker和SharedWorker

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。

浏览器的渲染过程

浏览器渲染的过程主要包括以下五步：

1. 浏览器将获取的HTML文档解析成DOM树。
2. 处理CSS标记，构成层叠样式表模型CSSOM(CSS Object Model)。
3. 将DOM和CSSOM合并为渲染树(rendering tree)，代表一系列将被渲染的对象。
4. 渲染树的每个元素包含的内容都是计算过的，它被称之为布局layout。浏览器使用一种流式处理的方法，只需要一次绘制操作就可以布局所有的元素。
5. 将渲染树的各个节点绘制到屏幕上，这一步被称为绘制painting。

需要注意的是，以上五个步骤并不一定一次性顺序完成，比如DOM或CSSOM被修改时，亦或是哪个过程会重复执行，这样才能计算出哪些像素需要在屏幕上进行重新渲染。而在实际情况中，JavaScript和CSS的某些操作往往会多次修改DOM或者CSSOM。

渲染过程中的问题

DOMContentLoaded和Load

用户看到页面实际上可以分为两个阶段：页面内容加载完成和页面资源加载完成，分别对应于DOMContentLoaded和Load。

• DOMContentLoaded事件触发时，仅当DOM加载完成，不包括样式表，图片等
• load事件触发时，页面上所有的DOM，样式表，脚本，图片都已加载完成
• DOMContentLoaded -> load

渲染阻塞

JS可以操作DOM来修改DOM结构，可以操作CSSOM来修改节点样式，这就导致了浏览器在遇到<script>标签时，DOM构建将暂停，直至脚本完成执行，然后继续构建DOM。如果脚本是外部的，会等待脚本下载完毕，再继续解析文档。

每次去执行JavaScript脚本都会严重地阻塞DOM树的构建，如果JavaScript脚本还操作了CSSOM，而正好这个CSSOM还没有下载和构建，浏览器甚至会延迟脚本执行和构建DOM，直至完成其CSSOM的下载和构建。所以，script标签的位置很重要。

<script src="script.js"></script>

• 没有 defer 或 async，浏览器会立即加载并执行指定的脚本，也就是说不等待后续载入的文档元素，读到就加载并执行。

<script defer src="script.js"></script>(延迟执行)

• defer 属性表示延迟执行引入的 JavaScript，即这段 JavaScript 加载时 HTML 并未停止解析，这两个过程是并行的。整个 document 解析完毕且 defer-script 也加载完成之后（这两件事情的顺序无关），会执行所有由 defer-script 加载的 JavaScript 代码，然后触发 DOMContentLoaded 事件。
• defer 与相比普通 script，有两点区别：载入 JavaScript 文件时不阻塞 HTML 的解析，执行阶段被放到 HTML 标签解析完成之后。

<script async src="script.js"></script> (异步下载)

• 加载和渲染后续文档元素的过程将和 script.js 的加载与执行并行进行（异步）。
• async 属性表示异步执行引入的 JavaScript

浏览器的回流(reflow)和重绘(repaint)

HTML默认是流式布局的，但CSS和JS会打破这种布局，改变DOM的外观样式以及大小和位置。因此我们就需要知道两个概念：replaint和reflow。

回流(reflow)

当 Render Tree 中部分或全部元素的尺寸、结构、或某些属性发生改变时，浏览器重新渲染部分或全部文档的过程称为回流。

• 页面首次渲染
• 浏览器窗口大小发生改变
• 元素尺寸或位置发生改变
• 元素内容变化（文字数量或图片大小等等）
• 元素字体大小变化
• 添加或者删除可见的 DOM 元素
• 激活 CSS 伪类（例如：:hover）
• 查询某些属性或调用某些方法

重绘(repaint)

当页面中样式发生改变(背景色 ，颜色，字体改变(字体大小改变会发生回流)等)，把这些改变不会引起页面布局的变化的时候，浏览器就只会把新样式赋予元素并重新绘制，这个过程就叫重绘。

如何避免回流

CSS

• 避免使用 table 布局。
• 尽可能在 DOM 树的最末端改变 class。
• 避免设置多层内联样式。
• 将动画效果应用到 position 属性为 absolute 或 fixed 的元素上。
• 避免使用 CSS 表达式（例如：calc()）。

Javascript

• 避免频繁操作样式,最好一次性重写 style 属性,或者将样式列表定义为 class 并一次性更改 class 属性。
• 避免频繁操作 DOM,创建一个 documentFragment,在它上面应用所有 DOM 操作,最后再把它添加到文档中。
• 也可以先为元素设置 display: none,操作结束后再把它显示出来。因为在 display 属性为 none 的元素上进行的 DOM 操作不会引发回流和重绘。
• 避免频繁读取会引发回流/重绘的属性,如果确实需要多次使用,就用一个变量缓存起来。

参考资料：
深入前端-彻底搞懂浏览器运行机制
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
浏览器渲染原理与过程