浅谈JS的运行机制

一、区分进程和线程

1、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)
2、线程是cpu调度的最小单位(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)
3、不同进程之间也可以通信,不过代价较大
4、一般通用的叫法:单线程与多线程,都是指在一个进程内的单和多。(所以核心还是得属于一个进程才行)

二、浏览器都包含哪些进程

我们知道:浏览器是多进程的,再来看看它到底包含哪些进程:(为了简化理解,仅列举主要进程)

1、Browser进程:浏览器的主进程(负责协调、主控),只有一个。
  • 负责浏览器界面显示,与用户交互。如前进,后退等
  • 负责各个页面的管理,创建和销毁其他进程
  • 将Renderer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,下载等
2、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
3、GPU进程:最多一个,用于3D绘制等
4、浏览器渲染进程(浏览器内核)(Renderer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

ps.
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)
当然,浏览器有时会将多个进程合并(譬如打开多个空白标签页后,会发现多个空白标签页被合并成了一个进程)。

三、浏览器多进程的优势

相比于单进程浏览器,多进程有如下优点:
1、避免单个page crash影响整个浏览器
2、避免第三方插件crash影响整个浏览器
3、多进程充分利用多核优势
4、方便使用沙盒模型隔离插件等进程,提高浏览器稳定性

四、浏览器内核(渲染进程)

对于普通的前端操作来说,最重要的是什么呢?答案是渲染进程。可以这样理解,页面的渲染,JS的执行,事件的循环,都在这个进程内进行。
浏览器的渲染进程包含的线程(列举一些主要常驻线程):

1、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(Repaint)或由于某种操作引发回流(reflow)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(相当于被冻结了),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。
2、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(renderer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。
3、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,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他线程,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)
4、定时触发器线程
  • 传说中的setInterval与setTimeout所在线程
  • 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记计时的准确)
  • 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。
5、异步http请求线程
  • 在XMLHttpRequest连接后是通过浏览器新开一个线程请求
  • 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。

五、JS的运行机制

  • 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。
macrotask(宏任务)与microtask(微任务)

JS中分为两种任务类型:macrotask和microtask,在ECMAScript中,microtask称为jobs,macrotask可称为task。

1、macrotask(又称之为宏任务),可以理解是每次执行栈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)
  • 每一个task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task与DOM任务能够有序的执行,会在一个task执行结束后,在下一个 task 执行开始前,对页面进行重新渲染
2、microtask(又称为微任务),可以理解是在当前 task 执行结束后立即执行的任务
  • 也就是说,在当前task任务后,下一个task之前,在渲染之前
  • 所以它的响应速度相比setTimeout(setTimeout是task)会更快,因为无需等渲染
  • 也就是说,在某一个macrotask执行完后,就会将在它执行期间产生的所有microtask都执行完毕(在渲染前)
3、分别什么样的场景会形成macrotask和microtask呢?

macrotask: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)
microtask:Promise,process.nextTick等

4、总结下运行机制:
  • 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)


关于macrotask与microtask,举个栗子:
console.log('script start');

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

Promise.resolve().then(function() {
    console.log('promise1');
}).then(function() {
    console.log('promise2');
});

console.log('script end');

由上可知,正确执行顺序是这样子的:

script start
script end
promise1
promise2
setTimeout
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