浏览器事件循环机制

前言

浏览器事件循环是 JavaScript 异步编程的关键概念之一。在现代的 web 开发中，我们经常需要处理各种异步任务和事件，如用户交互、定时器事件、网络请求等。

本文将介绍浏览器事件循环的基本原理和执行过程。。通过深入理解浏览器事件循环，我们可以更好地编写高效的 JavaScript 代码，并充分利用浏览器的异步处理能力。

浏览器的进程模型

什么是进程？

进程是计算机中正在运行程序的实例。

它有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。

什么是线程？

有了进程后，就可以运行程序的代码了。

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。

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。

可以在浏览器的任务管理器中查看当前的所有进程

其中，最主要的进程有:

1．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。

2．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。

3．渲染进程（重点进程）

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。

将来该默认模式可能会有所改变，可参见chrome官方说明文档，一个网站一个进程。

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：

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
......

思考题：为什么渲染进程不适用多个线程来处理这些事情？

渲染进程之所以不适用多个线程来处理渲染任务，是因为渲染任务的执行需要保持顺序和一致性，而多线程并发执行可能会引发一些问题。

首先，渲染任务通常涉及到对 DOM 树的访问和修改，而 DOM 树是一个具有层级结构的数据结构。如果多个线程同时并发地访问和修改 DOM 树，就可能导致数据竞争和不一致性的问题。为了避免这种问题，渲染进程采用了单线程模型，即主线程负责处理所有的渲染任务，确保任务的顺序和一致性。

其次，渲染任务还涉及到对布局和绘制的操作，这些操作需要在一个稳定的渲染环境中进行。如果多个线程同时并发进行布局和绘制操作，就可能导致不可预测的结果，如页面错位、闪烁等问题。为了保证渲染结果的准确性和稳定性，渲染进程将布局和绘制操作都放在主线程上执行。

另外，多线程并发执行还会引发线程间的同步和通信问题。线程间需要进行同步和通信来保证数据的一致性和正确性，而这些操作本身会引入额外的开销和复杂性。为了简化设计和提高性能，渲染进程采用了单线程模型，避免了线程间的同步和通信问题。

总而言之，渲染进程不适用多个线程来处理渲染任务，是因为多线程并发执行可能引发数据竞争、不一致性、渲染结果不可预测等问题。为了保证渲染任务的顺序和一致性，以及简化设计和提高性能，渲染进程采用了单线程模型。

要处理这么多的任务，主线程遇到了一个前所未有的难题：如何调度任务？

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？
......

渲染主线程如何结局：消息队列

1．在最开始的时候，通过for(;;){}进行循环，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，执行完一个后进入下一次循环；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。

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（消息循环）

什么是异步?

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决这个问题。

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。

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。

JS为何会阻碍渣染？

先看代码

js 复制代码

<h1>事件循环标题</h1>
<button>修改</button>

<script>
    var h1 = document.querySelector('h1');
    var btn = document.querySelector('button');
    //死循环指定的时间
    function delay(duration) {
        var start = Date.now();
        while (Date.now() - start < duration) { }
    }
    btn.onclick = function () {

        h1.textContent = '修改事件循环标题'
        delay(3000);
    }
</script>

延时函数阻碍了主线程的执行，只有在主线程执行完毕，才执行消息队列中的任务。

任务有优先级吗？

任务没有优先级，在消息队列中先进先出

但消息队列是有优先级的

根据W3C的最新解释：

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

微任务

随着浏览器的复杂度急剧提升，W3C不再使用宏队列的说法

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」

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(func)

浏览器还有很多其他的队列，由于和我们开发关系不大，不作考虑

面试题：阐述一下JS的事件循环

参考答案：事件循环又叫做消息循环，是浏览器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W3C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？

参考答案：不行，因为： 1．计算机硬件没有原子钟，无法做到精确计时 2．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 3．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 4．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

任务队列优先级案例

添加setTimeout、交互、网络请求任务，通过结果查看执行顺序。

html 复制代码

<button id="begin">开始</button>
<button id="interaction">添加交互任务</button>

<script>
    // 死循环指定的时间
    function delay(duration) {
        var start = Date.now();
        while (Date.now() - start < duration) { }
    }

    function addDelay(){
        console.log('添加延时队列');
        setTimeout(function(){
            console.log('延时队列执行');
        }, 100);
        delay(1000);
    }

    function addNetWork(){
        console.log('添加网络队列');
        fetch("./index.html").then(res=>{
            console.log('网络队列执行');
        });
        delay(1000);
    }

    function addInteraction(){
        console.log('添加交互队列');
        interaction.addEventListener('click', function(){
            console.log('交互队列执行');
        });
        delay(1000);
    }

    begin.addEventListener('click', function(){
        addDelay();
        addNetWork();
        addInteraction();
        console.log('执行===============>');
    });
</script>

如果微任务以外的都是宏任务，那么应该的依次放在任务队列中，顺序应该是setTimeout最先执行，但是结果却是用户交互任务最先执行，说明消息队列不同，存在优先级。

参考视频：

B站渡一视频