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现代浏览器的主要进程

  • 浏览器进程:

    主要负责界面显示、用户交互、子进程管理(网络进程、渲染进程等都是由浏览器进程启动的)等。浏览器进程内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。

  • GPU 进程:

    负责图形渲染,主要用于处理 CSS 动画、Canvas 绘制等任务。GPU 进程会将渲染结果传递给浏览器进程进行显示。

  • 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。

事件循环的核心:渲染主线程(Main thread)

  • 解析 HTML、CSS
  • 执行 JS 代码
  • 计算样式(recalculate style)
  • 布局(layout)
  • 绘制(paint)
  • 合成(composite)
  • 执行事件处理函数(click、keydown 等)
  • 处理定时任务(setTimeout、setInterval 等)
  • 运行微任务(Promise.then, MutationObserver)

特点:

  • 由于 JS 是单线程运行的,主线程只能一次执行一个任务。
  • 所有任务都必须排队,等待主线程空闲才能运行。
  • 某些任务队列的优先级高于其他任务,浏览器会根据策略选择优先执行的队列。

工作流:

event-loop

  1. 最开始时,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。

异步流:

JS 单线程语言,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工作,渲染页面、执行 JS 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还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耗费时间,另一方面导致页面无法及时更新,造成卡死现象。

所以,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,自身立即结束当前任务,转而执行后续任务。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,浏览器用不阻塞,从而最大限度的保证了单线程的流畅运行。

event-loop-async

为什么 JS 阻碍渲染?

JS 是单线程的,渲染主线程执行 JS 代码时,特别是长耗时的同步代码,会导致消息队列的其他任务(布局、计算、绘制等)无法进入主线程执行,造成页面卡顿。

html
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
  <head>
    <meta charset="UTF-8" />
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0" />
    <title>Document</title>
  </head>
  <body>
    <h1>nice</h1>
    <button>change</button>

    <script>
      const h1El = document.querySelector('h1')
      const buttonEl = document.querySelector('button')

      function delay(ms) {
        const now = performance.now()
        while (performance.now() - now < ms) {}
      }

      buttonEl.addEventListener('click', () => {
        h1El.textContent = 'changed'
        delay(1000)
      })
    </script>
  </body>
</html>

render-blocking

任务有优先级吗?

任务没有优先级,在消息队列中先进先出,但是消息队列有优先级

  • 每个任务都有一个任务类型,同类型任务必须在一个队列,不同类型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。

    同类型任务必须在一个队列:某类型的任务出现在一个消息队列后,就不能再出现在其他队列中了。不同类型任务可以分属于不同队列:不同类型的任务可以在不同的消息队列中,也可以在同一个消息队列中。(队列与任务是一对多的关系,任务与队列是一对一的关系)。

  • 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。

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 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,这种说法目前已经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 W3C 官方的解释,每个任务有不同的类型,同类型任务必须在同一个队列,同一队列可以有不同类型的任务。不同任务队列有不同的优先级,在一次事件循环中,由浏览器自行决定哪个队列的任务。但浏览器必须有一个微队列,微队列的任务一定具有最高优先级,必须优先调度执行。

计时器能做到精确吗?

  1. 操作系统的机器函数本身就有少量偏差,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。
  2. 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。
  3. 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。

如下代码在浏览器中运行,可以看出,嵌套 1 ~ 4 层没有太大偏差,到达第五层,最小延迟提高到 4ms 或者更多。

javascript
const start = performance.now()
setTimeout(() => {
  console.log(`elapsed time:`, performance.now() - start)
  //大概在 0.3 ~ 0.8ms 左右(浏览器环境)
}, 0)

const start = performance.now()
setTimeout(() => {
  setTimeout(() => {
    setTimeout(() => {
      setTimeout(() => {
        console.log(`elapsed time:`, performance.now() - start)
        //略高一丢丢 还在 0.3 ~ 0.8ms 左右(浏览器环境)
      }, 0)
    }, 0)
  }, 0)
}, 0)

const start = Date.now()
setTimeout(() => {
  setTimeout(() => {
    setTimeout(() => {
      setTimeout(() => {
        setTimeout(() => {
          console.log(`elapsed time:`, Date.now() - start)
          // 大概4.5 ~ 6.0 ms 左右(浏览器环境)
        }, 0)
      }, 0)
    }, 0)
  }, 0)
}, 0)

任务的分类(多个任务队列)

在现代浏览器中,事件循环不仅仅是“宏任务 vs. 微任务”,而是多个优先级不同的任务队列。主要分为:

  1. 微任务队列(Micro tasks)(最高优先级)
  • Promise.then()
  • queueMicrotask()
  • MutationObserver
  • 特点:
    • 每次执行完同步代码后,会立即执行所有微任务,直到清空
    • 在每个宏任务完成后,微任务队列也会被清空。
  1. 用户交互任务队列(User Interaction Tasks)(高优先级)
  • 事件监听器(click、keydown 等)
  • addEventListener()触发的回调
  • 特点:
    • 比定时任务(setTimeout)更优先
    • 目的是确保UI 相应流畅,减少点击延迟
  1. 动画和渲染任务队列(Animation & Rendering Tasks)(中等优先级)

    • requestAnimationFrame()
    • intersectionObserver 回调
    • 特点:
      • 每秒 60 帧(16.67ms 一次) 的速度执行(如果可能)
      • 主要用于流畅的动画和 UI 更新
  2. 定时器任务队列(Timer Tasks)(较低优先级)

    • setTimeout
    • setInterval
    • 特点:
      • setTimeout(fn, 0)也不会立即执行,而是被推迟执行
      • 浏览器会根据当前的负载调整执行时机,防止性能问题
  3. 后台任务队列(Background Tasks)(最低优先级)

    • setImmediate()(Nodejs 专属,浏览器无)
    • requestIdleCallback()(实验性 API)
    • 特点:
      • 这些任务只有在浏览器完全空闲时才会执行
      • 不会阻塞 UI 渲染
  4. 网络任务队列(Networking Tasks)(特殊队列)

    • fetch()/XMLHttpRequest
    • WebSocket/IndexedDB
    • 特点:
      • 需要等待 I/O 结果返回,回调会排入合适的任务队列
      • fetch().then()回调会进入微任务队列,比setTimeout更快执行

事件循环的执行顺序

浏览器的事件循环每次循环遵循以下流程:

  1. 执行同步代码(全局执行上下文)
  2. 执行微任务队列(Micro tasks),直到清空
  3. 选择合适的队列执行下一个任务(可能是用户交互、动画、定时任务等)
  4. 执行完当前任务后,再次执行微任务队列
  5. 如果所有任务队列都为空,进入休眠(idle),等待新的任务