瀏覽器渲染機制

線程和進程

進程和線程的概念能夠這樣理解：

進程是一個工廠，工廠有它的獨立資源--工廠之間相互獨立--線程是工廠中的工人，多個工人協做完成任務--工廠內有一個或多個工人--工人之間共享空間

工廠有多個工人，就至關於一個進程能夠有多個線程，並且線程共享進程的空間。

進程是cpu資源分配的最小單位（是能擁有資源和獨立運行的最小單位，系統會給它分配內存）
線程是cpu調試的最小單位（線程是創建在進程的基礎上的一次程序運行單位，一個進程中能夠有多個線程。核心仍是屬於一個進程。）

瀏覽器是多進程的

瀏覽器是多進程的，每打開一個tab頁，就至關於建立了一個獨立的瀏覽器進程。

瀏覽器包含的進程：

1. Browser進程：瀏覽器的主進程（負責協調，主控），只有一個，做用有：

   • 負責瀏覽器的界面顯示，與用戶交互，如前進，後退等
   • 負責各個頁面的管理，建立和銷燬其它進程
   • 將Rendered進程獲得的內存中的Bitmap,繪製到用戶界面上
   • 網絡資源的管理，下載
2. 第三方插件進程：每種類型的插件對應一個進程，僅當使用該插件時才建立。
3. GPU進程：最多一個，用於3D繪製等。

4. 瀏覽器渲染進程（瀏覽器內核）（Render進程，內部是多線程的）：默認每一個Tab頁面一個進程，互不影響。主要做用爲：

   • 頁面渲染，腳本執行，事件處理等

在瀏覽器中打開一個網頁至關於新起了一個進程（進程內有本身的多線程）

瀏覽器多進程的優點

• 避免單個page crash影響整個瀏覽器
• 避免第三方插件crash影響整個瀏覽器
• 多進程充分利用多核優點
• 方便使用沙盒模型隔離插件等進程，提升瀏覽器穩定性

簡單理解就是：若是瀏覽器是單進程的，某個Tab頁崩潰了，就影響了整個瀏覽器，體驗就會不好。同理若是是單進程的，插件崩潰了也會影響整個瀏覽器;
固然，內存等資源消耗也會更大，像空間換時間同樣。

重點是瀏覽器內核（渲染進程）

對於普通的前端操做來講，最重要的渲染進程：頁面的渲染，js的執行，事件的循環等都在這個進程內執行;

瀏覽器是多進程的，瀏覽器的渲染進程是多線程的；

GUI渲染線程

• 負責渲染瀏覽器界面，解析HTML,CSS,構建DOM樹和RenderObject樹，佈局和繪製等。
• 當界面須要重繪或因爲某種操做引起迴流時，該線程就會執行。
• 注意，GUI渲染線程與JS引擎線程是互斥的，當JS引擎執行時GUI線程會被掛起（至關於凍結了）,GUI更新會被保存在一個隊列中等到JS引擎空閒時當即被執行。

JS引擎線程

• 也稱爲JS內核，負責處理JavaScript腳本程序。（例如V8引擎）。
• JS引擎線程負責解析JavaScript腳本，運行代碼。
• JS引擎一直等待着任務隊列中任務的到來，而後加以處理，一個Tab頁（render進程）中不管何時都只有一個JS線程在運行JS程序。
• 一樣注意，GUI渲染線程與JS引擎線程是互斥的，因此若是JS執行的時間過長，這樣就會形成頁面的渲染不連貫，致使頁面渲染加載阻塞。

事件觸發線程

• 歸屬於瀏覽器而不是JS引擎，用來控制事件循環（能夠理解成JS引擎本身都忙不過來，須要瀏覽器另開線程協助）。
• 當JS引擎執行代碼塊如setTimeout時（也可來自瀏覽器內核的其它線程，如鼠標點擊，AJAX異步請求等），會將對應任務添加到事件線程中。
• 當對應的事件符合觸發條件被觸發時，該線程會把事件添加到待處理隊列的隊尾，等待JS引擎的處理。
• 注意，因爲JS的單線程關係，因此這些待處理隊列中的事件都得排隊等待JS引擎處理（當JS引擎空閒時纔會去執行）。

定時觸發器線程

• 傳說中的setTimeout和setInterval所在的線程
• 瀏覽器定時計數器並非由JavaScript引擎計數的，（由於JavaScript引擎是單線程的，若是處於阻塞線程狀態就會影響計時的準確）
• 所以經過單獨線程來計時並觸發定時（計時完畢後，添加到事件隊列中，等待JS引擎空閒後執行）
• 注意，W3C在HTML標準中規定，規定要求setTimeout中低於4ms的時間間隔算爲4ms。

異步http請求線程

• 在XMLHttpRequest在鏈接後是經過瀏覽器新型一個線程請求
• 將檢測到狀態變動時，若是設置有回調函數，異步線程就產生狀態變動事件，將這個回調再放入事件隊列中，再由JavaScript引擎執行

總結下來，渲染進程以下：

Browser主進程和瀏覽器內核（渲染進程）的通訊過程

打開一個瀏覽器，能夠看到：任務管理器出現了2個進程（一個主進程，一個是打開Tab頁的渲染進程）；

• Browser主進程收到用戶請求，首先須要獲取頁面內容（如經過網絡下載資源）,隨後將該任務經過RendererHost接口傳遞給Render渲染進程
• Render渲染進程的Renderer接口收到消息，簡單解釋後，交給渲染線程GUI，而後開始渲染
• GUI渲染線程接收請求，加載網頁並渲染網頁，這其中可能須要Browser主進程獲取資源和須要GPU進程來幫助渲染
• 固然可能會有JS線程操做DOM（這可能會形成迴流並重繪）
• 最後Render渲染進程將結果傳遞給Browser主進程
• Browser主進程接收到結果並將結果繪製出來

瀏覽器內核（渲染進程）中線程之間的關係

GUI渲染線程與JS引擎線程互斥

因爲JavaScript是可操做DOM的，若是在修改這些元素屬性同時渲染界面（即JS線程和GUI線程同時運行），那麼渲染線程先後得到的元素數據就可能不一致了。

所以，爲了防止渲染出現不可預期的結果，瀏覽器就設置了互斥的關係，當JS引擎執行時GUI線程會被掛起。GUI更新則會被保存在一個隊列中等到JS引擎線程空閒時當即被執行。

JS阻塞頁面加載

從上述的互斥關係，能夠推導出，JS若是執行時間過長就會阻塞頁面。

譬如，假設JS引擎正在進行巨量的計算，此時就算GUI有更新，也會被保存在隊列中，要等到JS引擎空閒後執行。而後因爲巨量計算，因此JS引擎可能好久好久才能空閒，確定就會感受很卡。

因此，要儘可能避免JS執行時間過長，這樣就會形成頁面的渲染不連貫，致使頁面渲染加載阻塞的感受。

css加載是否會阻塞dom樹渲染

這裏說的是頭部引入css的狀況
首先，咱們都知道：css是由單獨的下載線程異步下載的。
而後還有幾個現象：

1. css加載不會阻塞DOM樹解析（異步加載時dom照常構建）
2. 但會阻塞render樹渲染（渲染時須要等css加載完畢，由於render樹須要css信息）

這可能也是瀏覽器的一種優化機制
由於你加載css的時候，可能會修改下面DOM節點的樣式，若是css加載不阻塞render樹渲染的話，那麼當css加載完以後，render樹可能又得從新重繪或者回流了，這就形成了一些沒有必要的損耗
因此乾脆把DOM樹的結構先解析完，把能夠作的工做作完，而後等css加載完以後，在根據最終的樣式來渲染render樹，這種作法確實對性能好一點。

WebWorker,JS的多線程？

前文中有提到JS引擎是單線程的，並且JS執行時間過長會阻塞頁面，那麼JS就真的對cpu密集型計算無能爲力麼？

因此，後來HTML5中支持了WebWorker。

這樣理解下：

建立Worker時，JS引擎向瀏覽器申請開一個子線程（子線程是瀏覽器開的，徹底受主線程控制，並且不能操做DOM）
JS引擎線程與worker線程間經過特定的方式通訊（postMessage API，須要經過序列化對象來與線程交互特定的數據）

因此，若是有很是耗時的工做，請單獨開一個Worker線程，這樣裏面無論如何翻天覆地都不會影響JS引擎主線程，只待計算出結果後，將結果通訊給主線程便可，perfect!

並且注意下，JS引擎是單線程的，這一點的本質仍然未改變，Worker能夠理解是瀏覽器給JS引擎開的外掛，專門用來解決那些大量計算問題。

WebWorker與SharedWorker

既然都到了這裏，就再提一下SharedWorker（避免後續將這兩個概念搞混）

WebWorker只屬於某個頁面，不會和其餘頁面的Render進程（瀏覽器內核進程）共享
因此Chrome在Render進程中（每個Tab頁就是一個render進程）建立一個新的線程來運行Worker中的JavaScript程序。

SharedWorker是瀏覽器全部頁面共享的，不能採用與Worker一樣的方式實現，由於它不隸屬於某個Render進程，能夠爲多個Render進程共享使用
因此Chrome瀏覽器爲SharedWorker單首創建一個進程來運行JavaScript程序，在瀏覽器中每一個相同的JavaScript只存在一個SharedWorker進程，無論它被建立多少次。

看到這裏，應該就很容易明白了，本質上就是進程和線程的區別。SharedWorker由獨立的進程管理，WebWorker只是屬於render進程下的一個線程

總結瀏覽器渲染流程

瀏覽器輸入 url，瀏覽器主進程接管，開一個下載線程，而後進行 http請求（略去 DNS查詢， IP尋址等等操做），而後等待響應，獲取內容，隨後將內容經過 RendererHost接口轉交給 Render進程--瀏覽器渲染流程開始

瀏覽器內核拿到內容後，渲染大概能夠劃分爲：

1. 解析html創建dom要
2. 解析css構建render樹（將css代碼解析成樹形的數據結構，而後結合dom合併成render樹）
3. 佈局render樹（Layout/reflow）,負責各元素尺寸，位置的計算
4. 繪製render樹（paint），繪製頁面像素信息
5. 瀏覽器會將各層的信息發送給GPU，GPU會將各層合成（composite）,顯示在屏幕上

渲染完畢後就是load事件了，以後就是本身的JS邏輯處理了，略去了詳細步驟。

load事件與DOMContentLoaded事件的前後

上面提到，渲染完畢後會觸發load事件，那麼你能分清楚load事件與DOMContentLoaded事件的前後麼？

很簡單，知道它們的定義就能夠了：

當 DOMContentLoaded 事件觸發時，僅當DOM加載完成，不包括樣式表，圖片。
(譬如若是有async加載的腳本就不必定完成)

當 onload 事件觸發時，頁面上全部的DOM，樣式表，腳本，圖片都已經加載完成了。（渲染完畢了）

因此，順序是：DOMContentLoaded -> load

普通圖層和複合圖層

渲染步驟就提到了composite概念;瀏覽器渲染的圖層通常包含兩大類：普通圖層以及複合圖層。

1. 普通文檔流內能夠理解爲一個複合圖層（這裏默認複合層，裏面無論添加多少元素，其實都是在同個複合圖層中）
2. absolute佈局（fixed也同樣），雖然能夠脫離文檔流，但它仍然屬於默認複合層
3. 能夠經過硬件加速的方式，聲明一個新的複合圖層，它會單獨分配資源（固然也會脫離普通文檔流，這樣一來，無論這個複合圖層中怎麼變化，也不會影響默認複合層裏的迴流重繪）

能夠簡單理解下：GPU中，各個複合圖層是單獨繪製的，因此互不影響，這也是爲何某些場景硬件加速效果一級棒

如何變成複合圖層（硬件加速）

將元素變成一個複合圖層，就是傳說中的硬件加速技術

• 最經常使用的方式：translate3d,translatez
• opacity屬性/過渡動畫（須要動畫執行的過程當中纔會建立合成層，動畫沒有開始或結束後元素還會回到以前的狀態）
• will-chang屬性（這個比較偏僻），通常配合opacity與translate使用（並且經測試，除了上述能夠引起硬件加速的屬性外，其它屬性並不會變成複合層），做用是提早告訴瀏覽器要變化，這樣瀏覽器會開始作一些優化工做（這個最好用完後就釋放）
• <video><iframe><canvas><webgl>等元素
• 其它，譬如之前的flash插件

absolute和硬件加速的區別

能夠看到，absolute雖然能夠脫離普通文檔流，可是沒法脫離默認複合層。

因此，就算absolute中信息改變時不會改變普通文檔流中render樹，可是，瀏覽器最終繪製時，是整個複合層繪製的，因此absolute中信息的改變，仍然會影響整個複合層的繪製。（瀏覽器會重繪它，若是複合層中內容多，absolute帶來的繪製信息變化過大，資源消耗是很是嚴重的）

而硬件加速直接就是在另外一個複合層了（另起爐竈），因此它的信息改變不會影響默認複合層（固然了，內部確定會影響屬於本身的複合層），僅僅是引起最後的合成（輸出視圖）

複合圖層的做用

通常一個元素開啓硬件加速後會變成複合圖層，能夠獨立於普通文檔流中，改動後能夠避免整個頁面重繪，提高性能。
可是儘可能不要大量使用複合圖層，不然因爲資源消耗過分，頁面反而會變的更卡。

硬件加速時請使用index

使用硬件加速時，儘量的使用index,防止瀏覽器默認給後續的元素建立複合層渲染
具體的原理是：
webkit CSS3中，若是這個元素添加了硬件加速，而且index層級比較低，那麼在這個元素的後面其它元素（層級比這個元素高的，或者相同的，而且relective或absolute屬性相同的），會默認變爲複合層渲染，若是處理不當會極大的影響性能

簡單點理解，能夠認爲是一個隱式合成的概念：若是a是一個複合層，並且b在a上面，那麼b也會被隱式轉爲一個複合圖層，這點須要特別注意

從Event Loop談JS的運行機制

到此時，已是屬於瀏覽器頁面初次渲染完畢後的事情，JS引擎的一些運行機制分析。主要是結合Event Loop來談JS代碼是如何執行的。
咱們已經知道了JS引擎是單線程的，知道了JS引擎線程，事件觸發線程，定時觸發器線程。
而後還須要知道：

• JS分爲同步任務和異步任務
• 同步任務都在主線程上執行，造成一個執行棧
• 主線程以外，事件觸發線程管理着一個任務隊列，只要異步任務有了運行結果，就在任務隊列之中放置一個事件
• 一旦執行棧中的全部同步任務執行完畢（此時JS引擎空閒），系統就會讀取任務隊列，將可運行的異步任務添加到可執行棧，開始執行。

看到這裏，應該就能夠理解了：爲何有時候setTimeOut推入的事件不能準時執行？由於可能在它推入到事件列表時，主線程還不空閒，正在執行其它代碼，因此就必須等待，天然有偏差。

主線程在運行時會產生執行棧，棧中的代碼調用某些api時，它們會在事件隊列中添加各類事件（當知足觸發條件後，如ajax請求完畢）。而當棧中的代碼執行完畢，就會去讀取事件隊列中的事件，去執行那些回調，如此循環。

定時器

上面事件循環機制的核心是：JS引擎線程和事件觸發線程

調用setTimeout後，是由定時器線程控制等到特定時間後添加到事件隊列的，由於JS引擎是單線程的，若是處於阻塞線程狀態就會影響計時準確，所以頗有必要另開一個線程用來計時。

當使用setTimout或setInterval時，須要定時器線程計時，計時完成後就會將特定的事件推入事件隊列中。

如：

setTimeout(()=>console.log('hello!),1000)
//等1000毫秒計時完畢後（由定時器線程計時），將回調函數推入事件隊列中，等待主線程執行

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

這段代碼的效果是最快的時間內將回調函數推入事件隊列中，等待主線程執行。

注意：

1. 執行結果是：先begin，後hello
2. 雖然代碼的本意是0毫秒就推入事件隊列，可是W3C在HTML標準中規定，規定要求setTimeout中低於4ms的時間間隔算爲4ms
3. 就算不等待4ms，就算假設0毫秒就推入事件隊列，也會先執行begin（由於只能可執行棧內空了後纔會主動讀取事件隊列）

setInterval

用setTimeout模擬按期計時和直接用setInterval是有區別的：

• 每次setTimeout計時到後就會去執行，而後執行一段時間後纔會繼續setTimeout,中間就多了偏差
• 而setInterval則是每次都精確的隔一段時間推入一個事件（可是，事件的實際執行時間不必定就準確，還有多是這個事件還沒執行完畢，下一個事件就來了）

並且setInterval有一些比較致命的問題：

• 累積效應，若是setInterval代碼在setInterval再次添加到隊列以前尚未完成執行，就會致使定時器代碼連續運行好幾回，而之間沒有間隔，就算正常間隔執行，多個setInterval的代碼執行時間可能會比預期小（由於代碼執行須要必定時間）
• 好比你ios的webview，或者safari等瀏覽器中都有一人特色，在滾動的時候是不執行JS的，若是使用了setInterval，會發如今滾動結束後會執行屢次因爲滾動不執行JS積攢回調，若是回調執行時間過長，就會很是容易形成卡頓問題和一些不可知的錯誤（setInterval自帶的優化，若是當前事件隊列中有setInterval的回調，不會重複添加回調）
• 並且把瀏覽器最小化顯示等操做時，setInterval並非不執行程序，它會把setInterval的回調函數放在隊列中，等瀏覽器窗口再次打開時，一瞬間所有執行

因此，至於這麼問題，通常認爲的最佳方案是：用setTimeout模擬setInterval或者特殊場合直接用requestAnimationFrame

Promise時代的microtask與macrotask

在es6盛行的如今，能夠看下這題：

console.log('script start');

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

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

console.log('script end')

//執行結果：
script start
script end
promise1
promise2
setTimeout

由於promise有一個新的概念microtask.或者能夠說JS中分爲兩種任務：macrotask和microtask;
理解以下：

• macrotask(又叫宏任務),主代碼塊，setTimeout,setInterval等（能夠看到，事件隊列中的每個事件都是一個macrotask）
• 能夠理解是每次執行的代碼就是一個宏任務（包括每次從事件隊列中獲取一個事件回調並放到執行棧中執行）
• 第一個macrotask會從頭至尾將這個任務執行完畢，不會執行其它
• 瀏覽器爲了可以使得JS內部macrotask與DOM任務可以有序的執行，會在一個macrotask執行結束後，在下一個macrotask執行開始前，對頁面進行從新渲染（task->渲染->task->...）
• microtask（又叫微任務），Promise,process.nextTick等。
• 能夠理解是在當前macrotask執行結束後當即執行的任務
• 也就是說在當前macrotask任務後，下一個macrotask以前，在渲染以前
• 因此它的響應速度相比setTimeout(setTimeout是macrotask)會更快由於無需等待渲染
• 也就是說，在某一個macrotask執行完成後，就會將在它執行期間產生的全部microtask都執行完畢（在渲染前）

注意：在Node環境下，process.nextTick的優先級高於promise.也就是：在宏任務結束後會先執行微任務隊列中的nextTick部分，而後纔會執行微任務中的promise部分。

另外，setImmediate則是規定：在下一次Event Loop（宏任務）時觸發（因此它是屬於優先級較高的宏任務），（Node.js文檔中稱，setImmediate指定的回調函數，老是排在setTimeout前面），因此setImmediate若是嵌套的話，是須要通過多個Loop才能完成的，而不會像process.nextTick同樣沒完沒了。

能夠理解：

• macrotask中的事件都是放在一個事件隊列中的，而這個隊列由事件觸發線程維護.
• microtask中的全部微任務都是添加到微任務隊列中，等待當前macrotask執行完後執行，而這個隊列由JS引擎線程維護。

因此：

• 執行一個宏任務（棧中沒有就從事件隊列中獲取）
• 執行過程當中若是遇到微任務，就將它添加到微任務的任務隊列中
• 宏任務執行完畢後，當即執行當前微任務隊列中的全部微任務（依次執行）
• 當前宏任務執行完畢，開始檢查渲染，而後GUI線程接管渲染
• 渲染完畢後，JS線程繼續接管，開始下一個宏任務（從事件隊列中獲取）

new Promise裏的函數是直接執行的算作主程序裏，並且.then後面的纔會放到微任務中。

另外，請注意下Promise的polyfill與官方版本的區別：

官方版本中，是標準的microtask形式
polyfill，通常都是經過setTimeout模擬的，因此是macrotask形式
請特別注意這兩點區別

注意，有一些瀏覽器執行結果不同（由於它們可能把microtask當成macrotask來執行了），可是爲了簡單，這裏不描述一些不標準的瀏覽器下的場景（但記住，有些瀏覽器可能並不標準）

Mutation Observer能夠用來實現microtask（它屬於microtask，優先級小於Promise，通常是Promise不支持時纔會這樣作）

它是HTML5中的新特性，做用是：監聽一個DOM變更，當DOM對象樹發生任何變更時，Mutation Observer會獲得通知

像之前的Vue源碼中就是利用它來模擬nextTick的，具體原理是，建立一個TextNode並監聽內容變化，而後要nextTick的時候去改一下這個節點的文本內容，以下：（Vue的源碼，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)
}

不過，如今的Vue（2.5+）的nextTick實現移除了Mutation Observer的方式（聽說是兼容性緣由），取而代之的是使用MessageChannel（固然，默認狀況仍然是Promise，不支持才兼容的）。

MessageChannel屬於宏任務，優先級是：setImmediate->MessageChannel->setTimeout，因此Vue（2.5+）內部的nextTick與2.4及以前的實現是不同的，須要注意下。