事件循环

浏览器的进程模型

什么是进程呢？

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

内存空间.png

  • 每个应用至少有一个进程，进程之间相互独立。即使需要通信，也需要双方同意。

什么是线程呢？

  • 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。

线程.png

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。

浏览器进程2.png

  • 可以在浏览器的任务管理器中查看当前的所有进程。

浏览器进程1.png

其中,最主要的进程有浏览器进程、网络进程、渲染进程

  • 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。
  • 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。
  • 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。将来还默认模式可能会有所改变。

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以下这些。

    • 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
    • ......

哎呀，要处理这么多的任务,这时候主线程遇到了一个前所未有的难题：如何调度任务呢?
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繁琐复杂的问题：排队

消息队列1.png

  • 在最开始的时候,渲染主线程会进入一个无限循环。
  • 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。
  • 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(w3c上称为 event loop) 或者 消息循环(Google 上称为 message loop)。

什么是异步呢？

  • 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玦这个问题。

计时器.png

使用异步的方式,渲染主线程永不阻塞。

面试题: 如何理解JS的异步?

  • JS是一门单线程的语言，这是因为它运行在浏览器的渲染主线程中，而渲染主线程只有一个。而渲染主线程承担着诸多的工作，渲染页面、执行JS等等都在其中运行。
  • 如果使用同步的方式，就极有可能导致主线程产生阻塞，从而导致消息队列中的很多其他任务无法得到执行。这样一来，一方面会导致繁忙的主线程白白的消耗时间，另一方面导致页面无法及时更新，给用户造成卡死现象。
  • 因此，浏览器采用异步的方式来避免。具体做法是当某些任务发生时，比如计时器、网络、事件监听，主线程将任务交给其他线程去处理，自身立即结束任务的执行，转而执行后续代码。当其他线程完成时，将事先传递的回调函数包装成任务，加入到消息队列的末尾排队，等待主线程调度执行。
  • 在这种异步模式下，浏览器永不阻塞，从而最大限度的保证了单线程的流畅运行。

那js为何会阻塞渲染？

我们此代码为例子来分析

<!doctype html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta name="viewport"
          content="width=device-width, user-scalable=no, initial-scale=1.0, maximum-scale=1.0, minimum-scale=1.0">
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="ie=edge">
    <title>js为何会阻塞渲染？</title>
</head>
<body>
<h1>Are you okay?</h1>
<button>点击换文字</button>

<script>
    let h1 = document.querySelector('h1');
    let btn = document.querySelector('button');

    function delay(t) {
        let start = Date.now();
        while (Date.now() - start <= t) {
        }
    }

    btn.onclick = function () {
        h1.textContent = "你还好吗？";
        delay(5000);
    }
</script>
</body>
</html>

运行结果如下图

js 为何会阻塞渲染进程.gif

分析：为什么不是按照从上向下执行，先把英文变成中文，然后等待5s吗？ 而是相反呢？

用事件循环去解释这段代码就非常明白了。

li1.png

那你肯定会想，这些任务难道都没有优先级吗?

  • 对的，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 的最新解释哈 ：

  • 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。

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」。

如何把任务添加到微队列呢？

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

例如

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,暂时不作考虑。

下面我们来具体看一些代码例子，来辅助理解 队列的优先级 问题。

代码例子1

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

结果
li2.png

分析

li3.png

  • 开始执行全局JS,通知计时器进程计时0秒之后将回调函数包装成任务投递到延时队列。
  • 继续往下执行全局JS代码 console.log(2) 输出 2 。
  • 队列优先级：微队列 > 交互队列 >延时队列 ， 微队列和交互队列为空，直接拉取延时队列的Fn执行，输出1。

代码例子2

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

结果
li4.png

代码例子3

 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);

结果
li5.png

例2、3 自行分析运行结果，都是一个道理。

面试题: 阐述一下JS的事件循环?

  • 事件循环又叫做消息循环,是浏览器渲染主线程的工作方式。
  • 在 Chrome的源码中，它开启一个不会结束的for 循环，每次循环从消息队列中取出第一个任务执行―而其他线程只需要在合适的时候将任务加入到队列末尾即可。
  • 过去把消息队列简单分为宏队列和微队列，这种说法目前已无法满足复杂的浏览器环境，取而代之的是一种更加灵活多变的处理方式。根据WBC官方的解释，每个任务有不同的类型，同类型的任务必须在同一个队列，不同的任务可以属于不同的队列。不同任务队列有不同的优先级，在一次事件循环中，由浏览器自行决定取哪一个队列的任务。但浏览器必须有一个微队列，微队列的任务一定具有最高的优先级，必须优先调度执行。

面试题: JS中的计时器能做到精确计时吗? 为什么?

  • 不行,原因有4点如下：

    • 计算机硬件没有原子钟,无法做到精确计时。
    • 操作系统的计时函数本身就有少量偏差，由于JS 的计时器最终调用的是操作系统的函数，也就携带了这些偏差。
    • 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。
    • 受事件循环的影响，计时器的回调函数只能在主线程空闲时运行，因此又带来了偏差。
Last modification：August 15, 2024
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