✨ 事件循环 👌

浏览器的进程模型

何为进程？

程序运行需要有它自己专属的内存空间，可以把这块程序运行需要内存空间简单的理解为进程

每个应用至少有一个进程，进程之间相互独立，即使要通信，也需要双方同意。

何为线程？

有了进程后，就可以运行程序的代码了。

运行代码的「人」称之为「线程」。

一个进程至少有一个线程，所以在进程开启后会自动创建一个线程来运行代码，该线程称之为主线程。

如果程序需要同时执行多块代码，主线程就会启动更多的线程来执行代码，所以一个进程中可以包含多个线程。

浏览器有哪些进程和线程？

浏览器是一个多进程多线程的应用程序

浏览器内部工作极其复杂。

为了避免相互影响，为了减少连环崩溃的几率，当启动浏览器后，它会自动启动多个进程。

可以在浏览器的任务管理器中查看当前的所有进程

其中，最主要的进程有：

  1. 浏览器进程

    主要负责界面显示、用户交互、子进程管理等。浏览器进程内部会启动多个线程处理不同的任务。

  2. 网络进程

    负责加载网络资源。网络进程内部会启动多个线程来处理不同的网络任务。

  3. 渲染进程

    渲染进程启动后，会开启一个渲染主线程，主线程负责执行 HTML、CSS、JS 代码。

    默认情况下，浏览器会为每个标签页开启一个新的渲染进程，以保证不同的标签页之间不相互影响。

将来该默认模式可能会有所改变，有兴趣可参见 chrome 官方说明文档

渲染主线程是如何工作的？

渲染主线程是浏览器中最繁忙的线程，需要它处理的任务包括但不限于：

  • 解析 HTML
  • 解析 CSS
  • 计算样式
  • 布局
  • 处理图层
  • 每秒把页面画 60 次
  • 执行全局 JS 代码
  • 执行事件处理函数
  • 执行计时器的回调函数
  • ……

要处理这么多的任务，主线程遇到了一个前所未有的难题：如何调度任务？

比如：

  • 我正在执行一个 JS 函数，执行到一半的时候用户点击了按钮，我该立即去执行点击事件的处理函数吗？
  • 我正在执行一个 JS 函数，执行到一半的时候某个计时器到达了时间，我该立即去执行它的回调吗？
  • 浏览器进程通知我“用户点击了按钮”，与此同时，某个计时器也到达了时间，我应该处理哪一个呢？
  • ……

渲染主线程想出了一个绝妙的主意来处理这个问题：排队

  1. 在最开始的时候，渲染主线程会进入一个无限循环
  2. 每一次循环会检查消息队列中是否有任务存在。如果有，就取出第一个任务执行，执行完一个后进入下一次循环；如果没有，则进入休眠状态。
  3. 其他所有线程（包括其他进程的线程）可以随时向消息队列添加任务。新任务会加到消息队列的末尾。在添加新任务时，如果主线程是休眠状态，则会将其唤醒以继续循环拿取任务

这样一来，就可以让每个任务有条不紊的、持续的进行下去了。

整个过程，被称之为事件循环（消息循环）

若干解释

何为异步？

单线程是异步产生的原因

代码在执行过程中，会遇到一些无法立即处理的任务，比如：

  • 计时完成后需要执行的任务 —— setTimeout、setInterval
  • 网络通信完成后需要执行的任务 – XHR、Fetch
  • 用户操作后需要执行的任务 – addEventListener

如果让渲染主线程等待这些任务的时机达到，就会导致主线程长期处于「阻塞」的状态，从而导致浏览器「卡死」

渲染主线程承担着极其重要的工作，无论如何都不能阻塞！

因此，浏览器选择异步来解决这个问题

使用异步的方式，渲染主线程永不阻塞（事件循环式异步的实现方式）

JS 为何会阻碍渲染？

先看代码

<h1>Mr.Yuan is awesome!</h1>
<button>change</button>
<script>
    let h1 = document.querySelector("h1");
    let btn = document.querySelector("button");

    // 死循环指定的时间
    function delay(duration) {
        var start = Date.now();
        while (Date.now() - start < duration) {}
    }

    btn.onclick = function () {
        h1.textContent = "袁老师很帅！";
        delay(3000);
    };
</script>

点击按钮后，会发生什么呢？

答案：等待三秒后内容改变。

渲染主线程首先执行全局的 js，执行到

btn.onclick

时候通知交互线程监听用户的点击事件，全局 js 执行完毕，当用户点击按钮时，交互线程将回调函数放入消息队列，渲染主线程空闲则开始执行回调函数，执行

h1.textContent

时创建画图任务放入消息队列，然后执行

delay(3000)

等待 3 秒后，回调函数执行结束，渲染主线程执行画图任务。

任务有优先级吗？

任务没有优先级，在消息队列中先进先出

但消息队列是有优先级的

根据 W3C 的最新解释:

  • 每个任务都有一个任务类型，同一个类型的任务必须在一个队列，不同类型的任务可以分属于不同的队列。 在一次事件循环中，浏览器可以根据实际情况从不同的队列中取出任务执行。
  • 浏览器必须准备好一个微队列，微队列中的任务优先所有其他任务执行 https://html.spec.whatwg.org/multipage/webappapis.html#perform-a-microtask-checkpoint

随着浏览器的复杂度急剧提升，W3C 不再使用宏队列的说法

在目前 chrome 的实现中，至少包含了下面的队列：

  • 延时队列：用于存放计时器到达后的回调任务，优先级「中」
  • 交互队列：用于存放用户操作后产生的事件处理任务，优先级「高」
  • 微队列：用户存放需要最快执行的任务，优先级「最高」

添加任务到微队列的主要方式主要是使用 Promise、MutationObserver

// 立即把一个函数添加到微队列
Promise.resolve().then(函数);

浏览器还有很多其他的队列，由于和我们开发关系不大，不作考虑

案例

案例一

setTimeout(function () {
    console.log(1);
}, 0);
console.log(2);

21

案例二

// 死循环指定的时间
function delay(duration) {
    var start = Date.now();
    while (Date.now() - start < duration) {}
}
setTimeout(function () {
    console.log(1);
}, 0);
delay(1000);
console.log(2);

# 等待一秒后输出：21

案例三

setTimeout(function () {
    console.log(1);
}, 0);
Promise.resolve().then(function () {
    console.log(2);
});
console.log(3);

321

案例四

function a() {
    console.log(1);
    Promise.resolve().then(function () {
        console.log(2);
    });
}
setTimeout(function () {
    console.log(3);
    Promise.resolve().then(a);
}, 0);
Promise.resolve().then(function () {
    console.log(4);
});
console.log(5);

54312

案例五

function a() {
    console.log(1);
    Promise.resolve().then(function () {
        console.log(2);
    });
}
setTimeout(function () {
    console.log(3);
}, 0);
Promise.resolve().then(a);
console.log(5);

5123

案例六

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
    <head>
        <meta charset="UTF-8" />
        <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge" />
        <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0" />
        <title>Document</title>
    </head>
    <body>
        <button id="begin">开始</button>
        <button id="interaction">添加交互任务</button>
        <script>
            // 死循环指定的时间
            function delay(duration) {
                var start = Date.now();
                while (Date.now() - start < duration) {}
            }
            function addDelay() {
                console.log("添加延时队列");
                setTimeout(() => {
                    console.log("延时队列执行");
                }, 100);
                delay(2000);
            }
            begin.onclick = function () {
                addDelay();
                addInteraction();
                console.log("===========");
            };
        </script>
    </body>
</html>

浏览器任务用户交互的任务需要优先执行（除微队列任务之外）

案例七

setTimeout(function () {
    setTimeout(function () {
        setTimeout(function () {
            setTimeout(function () {
                setTimeout(function () {
                    setTimeout(function () {
                        setTimeout(function () {
                            setTimeout(function () {
                                setTimeout(function () {}, 4);
                            }, 4);
                        }, 4);
                    }, 4);
                }, 0);
            }, 0);
        }, 0);
    }, 0);
}, 0);

按照 W3C 的标准，浏览器实现计时器时，如果嵌套层级超过 5 层，则会带有 4 毫秒的最少时间，这样在计时时间少于 4 毫秒时又带来了偏差

面试题

什么是事件循环？

事件循环是浏览器渲染主线程对任务进行调度的核心机制，主要用于解决了 js 在单线程环境下如何高效处理多个异步任务的问题。

它的原理是，程序开始时，渲染主线程会进入一个无限循环，每次循环从消息队列中取出一个任务执行，执行完毕后继续下一次循环，老的说法是浏览器会维护一个宏队列，一个微队列，宏队列中存放宏任务对应于 setTimeout、setInterval 的回调函数，微队列中存放微任务对应于 Promise.then 的回调函数、MutationObserver 的回调函数。微任务的优先级高于宏任务，因此浏览器会优先处理微队列中的任务，宏队列中的任务只有在微队列中的任务执行完毕后才会执行。在程序的运行过程中，其他线程会随时向这两个队列添加任务，渲染主线程会根据事件循环机制从消息队列中取出任务执行。

现在随着浏览器复杂度的一个提升，现在不在使用宏队列的说法，而是拆分成了粒度更细的队列，比如交互队列、延迟队列等等，交互队列存放用户操作后的事件处理任务，延迟队列存放计时器到达后的回调任务。交互队列的优先级高于延迟队列，微队列的优先级最高，浏览器的渲染主线程依次从优先级从高到低的队列取出任务执行。

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Contributors: AK