浏览器事件循环详解

1. 浏览器的进程模型

1.1. 何为进程？

程序运行需要有它自己的专属内存空间，可以把这块内存空间简单的理解为进程。

每个应用至少有一个进程，进程之间相互独立，即使要通信，也需要双方同意。

1.2. 何为线程？

有了进程之后，就可以运行程序的代码了。

运行代码的对象称之为线程。

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代码来执行代码，所以一个进程中可以包含多个线程。

1.3. 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机率，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所有的进程。

其中，最主要的进程有：

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。

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。

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，浏览器会为每个渲染进程开启一个新渲染进程，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，换成一个域名一个渲染进程。

2. 渲染主线程是如何工作的？

渲染进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个事情？

要处理这么多的任务，主线程遇到了一个前所未有的任务，如何调度任务？

比如：

正在执行一个JS函数，执行到一半的时候用户点击了按钮，我该立即执行点击事件的处理函数吗？
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？

......

渲染进程想出了一个绝妙的主意来处理这个问题：排队

在最开始的时候，渲染主线程会进入一个死循环；
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，执行完一个后进入一下次循环；如果没有，则进入休眠状态；
其他所有线程（也包括其他进程和线程），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，则会将其唤醒继续循环拿取任务；

这样一来，就可以让每个任务有条不紊、持续的进行下去了。

整个过程，被称之为事件寻循环，也叫做消息循环。

3. 相关名词解释

3.1. 何为异步？

代码在执行的过程中，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代码，XHR、Fetch；
用户操作完成后需要执行的任务，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。

3.2. JS为何会阻碍渲染？

html 复制代码

<!doctype html>
<html lang="en">
    <body>
        <h1>越陌度阡</h1>
        <button>更改内容</button>

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

            button.addEventListener('click', function () {
                h1.textContent = '求关注'
                delay(2000)
            })

            // 死循环的时间
            function delay(duration) {
                const start = Date.now()
                while (Date.now() - start < duration) {}
            }
        </script>
    </body>
</html>

点击按钮，会发生什么呢？

首先，页面内容需要重新绘制才会更新。

当全局 JS 执行到绑定事件时，会通知交互线程来处理，当某个时间用户点击后，会将函数包装为任务发送给消息队列；
当函数执行时，会创建1个绘制任务重新渲染，接着死循环 2秒后，此时函数才执行完成，完成后渲染主线程再去消息队列中看有没有新的任务；

这就是同步 JS会阻塞渲染的原因。

3.3. 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同一个队列，不同类型的任务可以分属不同的队列。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队列，微队列中的任务优先所有其他任务执行；

随着浏览器的复杂度急剧提升，W3C不再使用宏队列的说法。

在目前的 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，优先级中等；
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；

添加任务到微队列主要是使用Promise、MutationObserver

例如：立即把函数添加到微队列。

javascript 复制代码

Promise.resolve().then(函数)

浏览器还有很多其也的队列，和开发的关系不大，不作考虑。

队列优先级相关测试：

案例1：

javascript 复制代码

setTimeout(() => {
    console.log(1)
}, 0)
console.log(2)

// 2
// 1

案例2：

javascript 复制代码

function a() {
    console.log(1)
    Promise.resolve().then(function () {
        console.log(2)
    })
}

setTimeout(() => {
    console.log(3)
    Promise.resolve().then(a)
}, 0)

Promise.resolve().then(function () {
    console.log(4)
})

console.log(5)

// 5
// 4
// 3
// 1
// 2

案例3：

javascript 复制代码

function a() {
    console.log(1)
    Promise.resolve().then(function () {
        console.log(2)
    })
}

setTimeout(() => {
    console.log(3)
}, 0)

Promise.resolve().then(a)

console.log(5)

// 5
// 1
// 2
// 3

4. 常见的面试题

4.1. 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，而渲染主线程只有一个。

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，有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，给用户造成卡死的现象。

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，转而执行后续的代码。当其它线程完成时，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。

4.2. 如何理解JS的事件循环？

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 的源码中，会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1个任务执行，其他线程可需要在合适的时候将产生的任务加入到消息队列末尾即可。

过去把消息队列简单的分为微队列和宏队列，现在已经无法满足现代浏览器的复杂环境，取而代之的是一种更加灵活多变的处理方式。

根据 W3C 的解释，每个任务都有不同的类型，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。不同队列有不同的优先级，在一次事件循环中，由浏览器来决定取哪个队里中的任务。但浏览器必须有一个微队列，微队列的任务具有最高的优先级，必须优先调度执行。

4.3. JS中的计时器能做到精确计时吗？为什么？

JS中的计时器无法做到精确计时，主要原因如下：

计算机硬件没有原子钟，无法做到精准计时；
操作系统的计时函数本身就有少量误差，由于JS 的计时器最终调用的就是操作系统的函数，也就携带了这些偏差；
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，默认会有 4毫秒的最少时间，这样在计时时间少于4毫秒时又带了偏差；
受事件循环的影响，计时器的回调函数所在的延时队列优先级较低，这样即便倒计时结束，也得等某些队列的任务执行完成主线程空闲时运行，所以会带来偏差；

原子钟是一种时钟，它以原子共振频率标准来计算及保持时间的准确。原子钟是世界上已知最准确的时间测量和频率标准，也是国际时间和频率转换的基准，用来控制电视广播和全球定位系统卫星的讯号。

5. 总结

单线程是异步产生的原因。事件循环是异步的实现方式。

浏览器事件循环详解

1. 浏览器的进程模型

1.1. 何为进程？

1.2. 何为线程？

1.3. 浏览器有哪些进程和线程？

2. 渲染主线程是如何工作的？

3. 相关名词解释

3.1. 何为异步？

3.2. JS为何会阻碍渲染？

3.3. 任务有优先级吗？

4. 常见的面试题

4.1. 如何理解JS的异步?

4.2. 如何理解JS的事件循环？

4.3. JS中的计时器能做到精确计时吗？为什么 ？

5. 总结

4.3. JS中的计时器能做到精确计时吗？为什么？