李某龙
李某龙

「硬核JS」一次搞懂JS运行机制

前言

从开始做前端到目前为止，陆续看了很多帖子讲JS运行机制，看过不久就忘了，还是自己理一遍好些

通过码字使自己对JS运行机制相关内容更加深刻(自己用心写过的贴子，内容也会牢记于心)

顺道给大家看看(我太难了，深夜码字，反复修改，说这么多就是想请你点个赞在看)

参考了很多资料(帖子)，取其精华，去其糟糠，都在文末，可自行了解

是时候搞一波我大js了

从零到一百再到一，从多方面了解JS的运行机制，体会更深刻，请认真读下去

本文大致分为以下这样的步骤来帮助我们由广入深更加清晰的了解JS运行机制

  • 首先我们要了解进程和线程的概念
  • 其次我们要知道浏览器的进程线程常识
  • 再然后通过Event Loop、宏任务(macrotask)微任务(microtask)来看浏览器的几个线程间是怎样配合的
  • 再然后通过例子来印证我们的猜想
  • 最后提下NodeJS的运行机制

 

灵魂一问

JS运行机制在平常前端面试时不管是笔试题还是面试题命中率都极高

说到JS运行机制，你知道多少

看到这大家可能回说：JS运行机制嘛，很简单，事件循环、宏微任务那点东西

是的，作为一名前端我们都了解，但是如果这真的面试问到了这个地方，你真的可以答好吗(灵魂一问️)

不管你对JS了解多少，到这里大家不防先停止一下阅读，假设你目前在面试，面试官让你阐述下JS运行机制，思考下你的答案，用20秒的时间(面试时20s已经很长了)，然后带着答案再接着往下看，有人曾经说过：没有思考的阅读纯粹是消磨时间罢了，这话很好(因为是我说的，皮一下)

也有很多刚开始接触JS的同学会被任务队列 执行栈 微任务 宏任务这些高大上点的名次搞的很懵

接下来，我们来细致的梳理一遍你就可以清晰的了解它们了

 

进程与线程

什么是进程

我们都知道，CPU是计算机的核心，承担所有的计算任务

官网说法，进程是CPU资源分配的最小单位

字面意思就是进行中的程序，我将它理解为一个可以独立运行且拥有自己的资源空间的任务程序

进程包括运行中的程序和程序所使用到的内存和系统资源

CPU可以有很多进程，我们的电脑每打开一个软件就会产生一个或多个进程，为什么电脑运行的软件多就会卡，是因为CPU给每个进程分配资源空间，但是一个CPU一共就那么多资源，分出去越多，越卡，每个进程之间是相互独立的，CPU在运行一个进程时，其他的进程处于非运行状态，CPU使用 时间片轮转调度算法 来实现同时运行多个进程

 

什么是线程

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，通俗点解释线程就是程序中的一个执行流，一个进程可以有多个线程

一个进程中只有一个执行流称作单线程，即程序执行时，所走的程序路径按照连续顺序排下来，前面的必须处理好，后面的才会执行

一个进程中有多个执行流称作多线程，即在一个程序中可以同时运行多个不同的线程来执行不同的任务， 也就是说允许单个程序创建多个并行执行的线程来完成各自的任务

 

进程和线程的区别

进程是操作系统分配资源的最小单位，线程是程序执行的最小单位

一个进程由一个或多个线程组成，线程可以理解为是一个进程中代码的不同执行路线

进程之间相互独立，但同一进程下的各个线程间共享程序的内存空间(包括代码段、数据集、堆等)及一些进程级的资源(如打开文件和信号)

调度和切换：线程上下文切换比进程上下文切换要快得多

 

多进程和多线程

多进程：多进程指的是在同一个时间里，同一个计算机系统中如果允许两个或两个以上的进程处于运行状态。多进程带来的好处是明显的，比如大家可以在网易云听歌的同时打开编辑器敲代码，编辑器和网易云的进程之间不会相互干扰

多线程：多线程是指程序中包含多个执行流，即在一个程序中可以同时运行多个不同的线程来执行不同的任务，也就是说允许单个程序创建多个并行执行的线程来完成各自的任务

 

JS为什么是单线程

JS的单线程，与它的用途有关。作为浏览器脚本语言，JavaScript的主要用途是与用户互动，以及操作DOM。这决定了它只能是单线程，否则会带来很复杂的同步问题。比如，假定JavaScript同时有两个线程，一个线程在某个DOM节点上添加内容，另一个线程删除了这个节点，这时浏览器应该以哪个线程为准？

还有人说js还有Worker线程，对的，为了利用多核CPU的计算能力，HTML5提出Web Worker标准，允许JavaScript脚本创建多个线程，但是子线程是完 全受主线程控制的，而且不得操作DOM

所以，这个标准并没有改变JavaScript是单线程的本质

了解了进程和线程之后，接下来看看浏览器解析，浏览器之间也是有些许差距的，不过大致是差不多的，下文我们皆用市场占有比例最大的Chrome为例

 

浏览器

浏览器是多进程的

作为前端，免不了和浏览器打交道，浏览器是多进程的，拿Chrome来说，我们每打开一个Tab页就会产生一个进程，我们使用Chrome打开很多标签页不关，电脑会越来越卡，不说其他，首先就很耗CPU

 

浏览器包含哪些进程

  • Browser进程

    • 浏览器的主进程(负责协调、主控)，该进程只有一个
    • 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
    • 将渲染(Renderer)进程得到的内存中的Bitmap(位图)，绘制到用户界面上
    • 网络资源的管理，下载等

  • 第三方插件进程

    • 每种类型的插件对应一个进程，当使用该插件时才创建

  • GPU进程

    • 该进程也只有一个，用于3D绘制等等

  • 渲染进程(重)

    • 即通常所说的浏览器内核(Renderer进程，内部是多线程)
    • 每个Tab页面都有一个渲染进程，互不影响
    • 主要作用为页面渲染，脚本执行，事件处理等

 

为什么浏览器要多进程

我们假设浏览器是单进程，那么某个Tab页崩溃了，就影响了整个浏览器，体验有多差

同理如果插件崩溃了也会影响整个浏览器

当然多进程还有其它的诸多优势，不过多阐述

浏览器进程有很多，每个进程又有很多线程，都会占用内存

这也意味着内存等资源消耗会很大，有点拿空间换时间的意思

到此可不只是为了让我们理解为何Chrome运行时间长了电脑会卡，哈哈，第一个重点来了

 

简述渲染进程Renderer(重)

页面的渲染，JS的执行，事件的循环，都在渲染进程内执行，所以我们要重点了解渲染进程

渲染进程是多线程的，我们来看渲染进程的一些常用较为主要的线程

 

渲染进程Renderer的主要线程

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
    • 解析html代码(HTML代码本质是字符串)转化为浏览器认识的节点，生成DOM树，也就是DOM Tree
    • 解析css，生成CSSOM(CSS规则树)
    • 把DOM Tree 和CSSOM结合，生成Rendering Tree(渲染树)
  • 当我们修改了一些元素的颜色或者背景色，页面就会重绘(Repaint)
  • 当我们修改元素的尺寸，页面就会回流(Reflow)
  • 当页面需要Repaing和Reflow时GUI线程执行，绘制页面
  • 回流(Reflow)比重绘(Repaint)的成本要高，我们要尽量避免Reflow和Repaint
  • 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

JS引擎线程

  • JS引擎线程就是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
    • 浏览器同时只能有一个JS引擎线程在运行JS程序，所以js是单线程运行的
    • 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
  • GUI渲染线程与JS引擎线程是互斥的，js引擎线程会阻塞GUI渲染线程
    • 就是我们常遇到的JS执行时间过长，造成页面的渲染不连贯，导致页面渲染加载阻塞(就是加载慢)
    • 例如浏览器渲染的时候遇到

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