浏览器渲染原理&&JavaScript V8引擎

浏览器渲染原理

前言

在我们面试过程中，面试官经常会问到这么一个问题，那就是从在浏览器地址栏中输入URL到页面显示，浏览器到底发生了什么？

• 浏览器内有哪些进程，这些进程都有些什么作用；
• 浏览器地址输入URL后，内部的进程、线程都做了哪些事；
• 我们与浏览器交互时，内部进程是怎么处理这些交互事件的；

浏览器架构

在讲浏览器架构之前，先理解两个概念，进程和线程；

进程是程度的一次执行过程，是一个动态概念，是程序在执行过程中分配和管理资源的基本单位，线程（thread）是CPU调度和分派的基本单位，它可与同属一个进程的其他的线程共享进程所拥有的全部资源；

简单的说呢，进程可以理解成正在执行的应用程序，而线程呢，可以理解成我们应用程序中的代码的执行器。而他们的关系可想而知，线程是跑在进程里面的，一个进程里面可能有一个或者多个线程，而一个线程，只能隶属于一个进程；

大家都知道，浏览器属于一个应用程序，而应用程序的一次执行，可以理解为计算机启动了一个进程，进程启动后，CPU会给该进程分配相应的内存空间，当我们的进程得到了内存之后，就可以使用线程进行资源调度，进而完成我们应用程序的功能；

而在应用程序中，为了满足功能的需要，启动的进程会创建另外的新的进程来处理其他任务，这些创建出来的新的进程拥有全新的独立的内存空间，不能与原来的进程内向内存，如果这些进程之间需要通信，可以通过IPC机制来进行。

很多应用程序都会采取这种多线程的方式来工作，因为进程和线程之间是互相独立的它们“互不影响”，也就是说，当其中一个进程挂掉了之后，不会影响到其他进程的执行，只需要重启挂掉的进程就可以恢复运行。

浏览器的多进程架构

在Chrome中，主要的进程有4个：

• 浏览器进程（Browser Process）: 负责浏览器的TAB的前进、后退、地址栏、书签栏的工作和处理浏览器的一些不可见的底层操作，比如网络请求和文件访问。
• 渲染进程（Render Process）: 负责一个Tab内的显示相关的工作，也称渲染引擎。
• 插件进程（Plugin Process）: 负责控制网页使用到的插件；
• GPU进程（GPU Process）: 负责处理整个应用程序的GPU任务；

这四个进程之间的关系是什么呢？

首先，当我们是要浏览一个网页，我们会在浏览器的地址栏里输入URL，这个时候 Browser Process 会向这个URL发送请求，获取这个URL的HTML内容，然后将HTML交给 Render Process，Render Process 解析HTML内容，解析遇到需要请求网络的资源又返回交给 Browser Process 进行加载，同时通知 Browser Process，需要 Plugin Process 加载插件资源，执行插件代码。解析完成后，Renderer Process 计算得到图像帧，并将这些图像帧交给 GPU Process，GPU Process 将其转化为图像显示屏幕。

多进程架构的好处

1. 更高的容错性；
2. 更高的安全性和沙盒性；
3. 更高的响应速度

多进程架构优化

之前的我们说到，Renderer Process 的作用是负责一个Tab内的显示相关的工作，这就意味着，一个Tab，就会有一个Renderer Process，这些进程之前的内存无法进行共享，而不同进程的内存常常需要包含相同的内容。

浏览器的进程模式

为了节省内存，Chrome提供了四种进程模式（Process Models），不同的进程模式会对tab进程做不同的处理。

• Process-per-site-instance：同一个site-instance使用一个进程；
• Process-per-site：同一个site使用一个进程；
• Process-per-tab：每个tab使用一个进程；
• Single process：所有tab公用一个进程

默认模式选择

Process-per-site-instance 兼容了性能与易用性，是一个比较中庸通用的模式

• 相较于Pocess-per-tab: 能够少开很多进程，就意味着更少的内存占用；
• 相较于Process-per-site：能够更好的隔离相同域名下毫无关联的tab，更加安全；

导航过程都发生了什么

前面我们讲了浏览器的多进程架构，讲了多进程架构的各种好处，和Chrome是怎么优化多进程架构的，下面从用户浏览网页这一简单的场景，来深入了解进程和线程是如何呈现我们的网站页面的。

网页加载过程

• 第一步：处理输入
• 第二步：开始导航
• 第三步：读取响应
• 第四步：查找渲染进程
• 第五步：提交导航
• 第六步：初始化加载完成

网页渲染原理

导航过程完成之后，浏览器进程把数据交给了渲染进程，渲染进程负责tab内的所有事情，核心目的就是将HTML/CSS/JS代码，转化为用于可进行交互的web页面。那么渲染进程是如何工作的呢？

渲染进程中，包含线程分别是：

• 一个主线程
• 多个工作线程
• 一个合成器线程
• 多个光栅化线程

1. 构建DOM
2. 子资源加载
3. JavaScript的下载与执行
4. 样式计算 - Style calculation
5. 布局
6. 绘制
7. 合成

浏览器对事件的处理

当页面渲染完毕后，TAB内以及显示出了可交互的WEB页面，用于可以进行移动鼠标、点击页面等操作了，而当这些事件发生时候，浏览器是如何处理这些事件的呢？

点击事件从浏览器进程路由到渲染进程

1. 渲染进程中合成器线程接收事件
2. 查找事件的目标对象
3. 浏览器对事件的优化

总结

浏览器的多进程架构，根据不同的功能划分了不同的进程，进程内不同的使命划分了不同的线程，当用户开始浏览网页时候，浏览器进程进行处理输入、开始导航请求数据、请求响应数据，查找新建渲染进程，提交导航，之后渲染又进行了解析HTML构建DOM、构建过程加载子资源、下载并执行JS代码、样式计算、布局、绘制、合成，一步一步地构建出一个可交互的WEB页面，之后浏览器进程又接受页面地交互事件信息，并将其交给渲染进程，渲染进程内主进程进行命中测试，查找目标元素并执行绑定的事件，完成页面的交互。

JavaScript V8引擎

前言

V8是谷歌推出的开源JavaScript引擎，它是用C++编写的，支持 Google Chrome、Chromiu 网络浏览器和NodeJS，它负责与环境交互并生成字节码来运行程序

V8和其他引擎之间最显着的区别是它的即时（JIT）编译器

如何在V8中执行一段JS代码

• 预分析：检查语法错误但不生成AST
• 生成AST：词法/语法分析后，生成抽象语法树，AST为每一行代码定义键值对。初始类型标识符定义AST属于一个程序，然后所有代码行将定义在主体内部，主体是一个对象数组
• 生成字节码：基线编译器将AST转换为字节码
• 生成机器代码：优化编译器将字节码转换为优化的机器代码。另外，在逐行执行字节码的过程中，如果一段代码经常被执行，V8会直接将这段代码转换并保存为机器码，下次执行不需要经过字节码，优化了执行速度。

引用计数和标记清除简介

引用计数：如果一个变量被分配了一个引用类型，那么这个对象的引用次数是+1。如果变量变为另一个值，则对象的引用数为-1，垃圾回收器将回收引用数为0的对象。但是，当对象被循环引用时，引用数永远不会归零，导致无法释放内存。标记清除：垃圾收集器首先标记内存中的所有对象，然后从根节点开始遍历，清除被引用对象和运行环境中对象的标记，剩下的标记对象不可访问，等待回收对象。

V8如何进行垃圾回收

JavaScript引擎中变量的存储位置主要有两个，栈内存和堆内存。

• 栈内存：存放基本类型数据和引用类型数据的内存地址
• 堆内存：存放引用类型数据

对于不同类型的变量，栈内存和堆内存垃圾回收方式不同

• 堆内存的回收：调用栈上下文切换后回收栈内存，比较简单
• 堆内存的回收：V8的堆内存分为新生代内存和老年代内存。新生代内存是临时分配的内存，存在时间短，老年代内存存在时间长。

新一代内存回收机制

新一代内存容量较小，64位系统下之后32M，新生代的记忆分为两部分：From和To。进行垃圾回收时，先扫描From，回收非存活对象，存活对象按顺序赋值到To，然后交换From/To，等待下一次回收

老年代内存回收机制

• Promotion: 如果新生代的变量经过多次回收后仍然存在，则将其放入老年代的内存中
• 标记清除：老年代内存会先遍历所有对象并标记，然后对正在使用活强引用的对象取消标记，回收标记的对象
• 内存碎片整理：将对象移动到内存的一端

为什么JS比C++等语言慢，V8做了哪些优化？

JS的问题

• 动态类型：每次访问属性/查找方法时，都需要先检查类型；另外，动态类型在编译阶段很难优化
• 属性访问：在C++/Java等语言中，方法、属性都是保存在数组中，只能通过数组位移获取，而JS是保存在对象中，每次获取都要进行 hash 查询

针对V8的优化

优化的JIT（即时编译）：与C++/Java等编译型语言相比，JS是同时解释和执行的，效率低下。V8优化了这个过程：如果一段代码被执行多次，V8会将这段代码转换成机器码并缓存起来，下次运行时直接使用机器码。
隐藏类：对于C++等语言，只需几条指令就可以通过偏移获取变量信息，而JS需要进行字符串匹配，效率低下。V8借用类和偏移位置的思想，将对象划分为不同的组，即隐藏类。嵌入式缓存：即缓存对象查询的结果。一般的查询过程是：获取隐藏类地址->根据属性名找到偏移值->计算属性地址，嵌入式缓存就是这个过程结果的缓存。

总结

每当讨论JavaScript的工作原理时，都会谈论事件循环、微任务、宏任务和回调队列。然而，所有这些东西都没有在JavaScript中实现。相反，它们是V8引擎的一部分，负责优化JavaScript代码。