《WebKit 技术内幕》之三（2）： WebKit 架构和模块

2.基于 Blink 的 Chrominum 浏览器结构
2.1 Chrominum 浏览器的架构及模块

        Chromium也是基于WebKit（Blink）开发的，并且在WebKit的移植部分中，Chromium也做了很多有趣的事，所以通过Chromium可以了解如何基于WebKit构建浏览器。，更进一步说，chromium也做了很多技术创新，将很多先进的理念引入到浏览器领域。

（1）从架构上看，WebKit（Blink）只是其中的一块，，还包括GPU/CommandBuffer(硬件架构)、V8 JavaScript引擎、沙箱模型、CC（Chromium Compositor）、IPC、UI等。

• GPU/Command Buffer ，硬件加速架构
• Content 模块、Content 接口（API）：Chromium 对渲染网页功能的抽象，将下面的渲染、安全、插件机制隐藏起来，提供一个接口层（供上层模块或其他项目使用）。也可以在 WebKit 的 Chromium 移植上渲染网页内容（无法获取 Content 层中实现的沙箱模型、跨进程的 GPU 硬件加速机制等）
• Content Shell：使用 Content API 来包装的一层简单的壳，用户可以使用 Content 模块来渲染和显示网页内容。作用可以用来测试 Content 模块很多功能的正确性，也可以作为一种外部项目开发的参考
• Android WebView：利用 Chromium 实现来替换原来 Android 默认的 WebView

          “Content模块”和“Content API（接口）”，是对渲染网页功能的抽象，“Content”的本意是指网页的内容，这里是指用来渲染网页内容的模块。这个渲染与WebKIt（Blink）的渲染功能的区别是，后者没有办法获得沙箱模型、跨进程的GPU硬件加速机制、众多的HTML5功能。因为这些都是在 Content 层里实现的。

      “Content模块”和“Content API”将下面的渲染机制、安全机制和插件机制等隐藏起来，提供一个接口层。该接口层被内部的 Chrominum 浏览器、Content Shell等调用，外部被CEF（Chromium Embedded Framework）、OPera浏览器调用。

        Chrominum 浏览器和 Content Shell 是构建在 Content API之上的两个浏览器。 Chrominum 浏览器是具有完整功能的浏览器；而Content Shell是一个简单的“壳”的浏览器，使用content模块来渲染和显示网页内容，其作用是测试content模块很多如渲染、硬件加速等功能的正确性，另外是一个参考，可以被很多外部项目参考来开发基于“Content API”的浏览器或者各种类型的项目。

        在Andriod系统上，Content Shell的作用更大，因为chromium浏览器的部分代码并没有开源，只能依赖Content Shell。最右边的 Andriod WebView，是为了满足Android系统上的WebView而设计的，其思想是利用Chromium的实现来替换原来的Andriod系统默认的WebView。

（2）多进程模型

        在WebKIt内核之上，Chromium率先引进多进程模型。多进程不可避免带来一些问题和复杂性，但可以带来以下三点好处：

•  避免因单个页面的不响应或者崩溃而影响整个浏览器的稳定性，特别是对用户界面的影响。
• 当第三方插件崩溃时，不会影响页面或者浏览器的稳定性，这时因为第三方插件也被使用单独的进程来运行。
• 方便安全模型的实施，也就是说沙箱模型是基于多进程架构的。

        图中给出了Chromium浏览器器常用的多进程模型，因为其架构的灵活性，可以为使用者提供通过简单的设置来随意改变进程的模型方式，图中方框代表进程，连线代表IPC进程间的通信，没有连线的表明不同类型进程之间没有通信，如NPAPI插件和GPU之间就没有通信，这是因为NPAPI是早期的插件标准，它没有定义使用GPU加速的接口。

• Browser 进程：浏览器主进程，负责浏览器界面的显示、各个页面的管理，是所有其他类型进程的祖先，负责它们的创建和销毁等工作，有且仅有一个。
• Renderer 进程：网页的渲染进程，负责页面的渲染工作，Blink/WebKit 的渲染工作主要在这个进程中完成，Renderer 进程数量不一定与用户打开页面的数量一致：且在沙箱模型启动的情况下，该进程可能会发生一些变化。
• NPAPI 插件进程：该进程是为 NPAPI 类型的插件而创建，原则是每种类型的插件只会创建一次，而且仅当使用时才被创建，有多个网页需要使用同一类型的插件的时候，插件进程会为每个使用者创建一个实例，即插件进程是被共享的。
• GPU 进程：最多只有一个，当且仅当 GPU 硬件加速打开的时候才会被创建，主要用于对 3D 图形加速调用实现。
• Pepper 插件进程： 同 NPAPI 插件进程，为 Pepper 插件而创建。
• 其他类型的进程：如 Linux 下的 Zygote 进程（创建 Renderer 进程）、Sandbox 准备进程（安全机制）

Chrominum 多进程模型特征：

• Browser 进程和页面的渲染时分开的，页面渲染进程的崩溃不会导致浏览器主界面的崩溃
• 每个网页是独立的进程，这保证了页面之间相互不影响
• 插件进程也是独立的，插件本身的问题不会影响到网页和主界面
• GPU 硬件加速进程也是独立的，且只有一个 GPU 进程

        而在 Android 平台上，目前版本不支持插件，所以没有插件今年成，GPU 进程演变成 Borwser 进程的一个GPU线程，可以节省资源；Renderer进程会演变成服务（Service）进程。由于 Android 系统的局限性，Rneder 进程的数目会被严格限制，所以移动端浏览器引入了“影子”标签的概念，移动端浏览器会将后台的网页所使用的渲染设施都清除，当用户再次切换回来的时候，网页需要重新加载和渲染

• process-per-site-instance：每一个页面都创建一个独立的 Renderer 进程，不管这些页面是否属于同一个域。这样好处是每个页面互相不影响，但是会造成资源的浪费。
• process-per-site：属于同一个域的页面共享同一个进程，不属于同一个域的页面分属不同的进程，这样的好处是进程可以共享，内存消耗相对小，但是副作用是导致Renderer进程特别大。
• process-per-tab：chromium的默认行为，无论是不是不同域不同实例，每个标签页都创建一个独立进程（Chromium 默认行为），会造成资源浪费。
• single process：不为页面创建任何独立的进程，所有渲染工作都在 Browser 进程中的多个线程中进行，这个属于实验性质且稳定性差，只有在比较单进程和多进程对比时才使用。在Andriod WebView中，该模式被采用。  

（3）Browser 进程和 Renderer进程

        Browser进程和Renderer进程都是在WebKit的接口之外由Chromium引入的，其如何利用WebKit渲染网页见下图所示：

        最下面的时WebKit接口层，一般是基于Webkit接口层的浏览器直接在上面构建，而没有引入复杂的多进程机构。

          Webkit 黏附层的出现主要是因为 Chrominum 中的一些类型和 Webkit 内部不一致，所以需要一个简单的桥阶层
        Render 进程主要处理进程间通信，接受来自 Browser 进程的请求，并调用相应的 Webkit 接口层。同时，将 Webkit 的处理结果发送回去
        在 Browser 进程中，与 Render 进程相应的就是 RenderHost，其目的是处理同 Render 进程之间的通信，用来给 Render 进程发送请求并接收来自 Render 进程的结果

        Web Contents表示是就是网页的内容，网页由多个需要绘制的内容，同时包括显示网页内容的一个子窗口（在桌面系统上），这个子窗口最后被嵌入浏览器的用户界面，作为i它的一个标签页。
（4）多线程模型
       每个进程内部都有很多线程，对于 Browser 进程，多线程的目的主要是为了保持用户界面的高度响应，保证 UI（Browser 主线程）线程不会被其他费时的操作阻碍从而影响对用户操作的响应。而在 Render 进程中，Chrominum 则不让其他操作阻止渲染线程的快速运行，为了利用多核的优势，Chromium将渲染过程管线化，这样可以让渲染的不同阶段在不同线程执行。

网页渲染的过程在进程模型中的工作方式如下：

• Browser 进程收到用户的请求，首先有 UI 线程处理，而且将相应的任务给 IO 线程，IO 线程随即将该任务传递给 Render 进程
• Render 进程的 IO 线程经过简单的解释后交给渲染线程。渲染线程接受请求，加载网页并渲染网页，这其中可能需要 Browser 进程获取资源和需要 GPU 进程来帮助渲染。最后 Render 进程将结果由 IO 线程传递给 Browser 进程
• 最后，Browser 进程接收到结果并将结果绘制出来

（5） Content 接口

        Content 接口提供了一层对多进程进行渲染的抽象接口，其目标是要支持所有的 HTML5 功能、GPU 硬件加速功能和沙箱机制，这可以让 Content 接口的使用者们不需要很多的工作即可得到强大的能力
        Content 接口的相关代码按照功能分成六个部分，每个部分的接口一般可分成两类，第一类是调用者（Chrominum 浏览器、CEF3和Content Shell等）调用的接口，另一类是调用者应该实现的回调接口，被 Content 接口的内部实现所调用，用来参与具体实现的逻辑或者事件的监听等。

• App:这部分主要与应用程序或者进程的创建和初始化相关，它被所有的进程使用，用来处理一些进程的公共操作，具体包括两种类型，第一类主要包括进程创建的初始化函数，也就是Content模块的初始化和关闭动作；第二类主要是各种回调函数，用来告诉嵌入者启动完成，进程启动、退出，沙盒模型初始化开始和结束等。
• Browser：同样包含两类，第一类包括对一些HTML5功能和其他一些高级功能实现的参与，因为这些实现需要Chromium的不同平台的实现，同时需要如：Notification、Speech recognition、Web worker、Download、Geolocation等这些Content层提供的接口，Content模块需要调用它们来实现HTML5功能。第二类中的典型接口类是ContentBrowserClient，主要是实现部分的逻辑，被Browser进程调用，还有就是一些事件的函数回调。
• Common：主要定义一些公共接口，这些被Renderer和Browser共享，如一些进程相关、参数、GPU相关等。
• Plugin：仅有一个接口类，通知嵌入者Plugin进程何时被创建。
• Renderer:该部分包括两类，第一类包含获取RenderThread的消息循环、注册V8 Extension、计算JavaScript表达式等；第二类包括ContentRendererClient，主要是实现部分逻辑，被Browser端（或者进程）调用，还有就是一些事件的函数回调。
• Utility：工具类接口，主要包括让嵌入者与Content接口中的线程创建和消息的过滤。

2.2 实践：从Chromium代码结构和运行状态理解现代浏览器

（1）Chrominum Content 接口代码结构
        Chromium引入了很多新的特性和功能，除了浏览器外还包括了ChromiumOS和Chrome Frame，这也是新颖的地方。ChromiumOS 就是一个基于Web的操作系统，仅支持Web网页和Web应用程序；Chrome Frame提供一个基于WebKit和Content支持的HTML5的插件。

     在上图中的目录，省略了”third_party“，该目录保存了Chromium所依赖的所有第三方开源项目。因为Chromium提供了很多新的特性和功能，这些功能需要很多库来支持，而且这些特性和功能会存在一些不足或者Chromium有特定的需求，所以，Chromium的做法把超过150个项目包含进来，也就是Blink代码页被包含其中。

      在目录的后面对代码的功能进行了简单的标注说明，都很简明扼要。重点描述的是Content目录。Content的接口主要在”public“目录中，它包含的目录也是按照进程类型来划分的。

（2）Chromium多进程

        通过Chome浏览器和操作系统提供的进程管理工具查看进程情况（略)

（3）Chromium多线程

        通过Chome浏览器和操作系统提供的线程管理工具查看进程情况（略)