事件循环

事件循环与浏览器有关，需要先了解其进程模型。

浏览器的进程模型

进程

程序运行需要其专属的内存空间，用于存储变量、执行函数等操作，可以将这块内存空间简单地理解为进程。

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。

process_thread

线程

有了进程后，就可以运行程序的代码了，由线程运行代码。

一个进程至少有一个线程，在进程开启后会自动创建一个线程来执行代码，称为主线程。

如果主线程结束了，那么进程就结束了。

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。

浏览器的进程和线程

浏览器是一个多进程多线程的应用程序。

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。

现代浏览器已经非常复杂了，复杂程度在向操作系统靠近。

启动chrome浏览器，打开其任务管理器：

可以发现尽管没有访问任何网页，也有一些进程是自动启动的。

打开一个新的标签页，这里打开了百度，可以发现不同的标签页属于不同的进程。

其中，最主要的进程有：

浏览器进程

浏览器进程是最先启动的进程，其它进程由它启动。

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。

这里的界面显示不是指网页的内容渲染，而是指浏览器的界面，比如浏览器的头部：

用户交互是指用户在浏览器上的点击、键盘、滚轮等操作，浏览器需要监听这些用户交互操作。

子进程管理包含网络进程、渲染进程等等。
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。

这种模式可能会在以后的版本被替换掉，因为每个标签页都开启一个新渲染进程会导致chrome成为“内存杀手”。——2023.10

Chromium Docs - Process Model and Site Isolation (googlesource.com)

👆这个文档提到了，以后可能会发展成“一个站点对应一个进程”。

例如：用户在使用淘宝的时候，首先打开了淘宝首页，然后搜索商品进入了商品搜索页，点击商品进入商品详情页，尽管有三个标签页，但是都是同一站点，只对应一个进程。

当然，这是以后的发展规划，了解即可。

关于浏览器的进程模型就介绍到这里，本文主要是写事件循环，而事件循环就发生在渲染主线程中。

渲染主线程

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：比如解析标记语言的语法。
解析CSS：比如解析样式表的语法。
计算样式：比如将em，%等单位换算成px，以及重复的属性如何考虑其优先级等等。
布局：每个元素的宽高、位置，都需要计算，统称为几何信息。
处理图层：与z-index有关，也和元素的内容与其background的绘制有关。
每秒把页面绘制60次：FPS
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
......

为什么渲染进程不适用多个线程来处理这些事情？

答：

浏览器渲染进程通常是单线程的，这是因为多线程处理可能会引发很多问题。以下是一些可能的问题：

竞态条件：多线程处理会导致访问共享内存的竞争条件，可能导致数据不一致和死锁等问题。
同步问题：多线程需要进行同步，避免数据竞争和死锁，这会增加代码的复杂度和开销。
安全问题：多线程可能会存在安全漏洞，如数据泄露、内存溢出等问题。
性能问题：多线程处理可能会导致过多的上下文切换和内存消耗，从而降低程序的性能和稳定性。

相比之下，单线程处理有以下优点：

简单易用：单线程的处理方式更加简单易用，开发人员不需要考虑多线程处理中的竞态条件、同步问题和安全问题。

可靠稳定：单线程处理避免了多线程处理中的死锁和资源争用等问题，从而提高了程序的可靠性和稳定性。

高效节省：单线程处理可以避免多线程处理中的上下文切换和内存消耗等问题，从而提高了程序的性能和节省了系统资源。

既然主线程非常繁忙，那么首先需要解决的问题就是：应该如何调度任务？

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，是否应该立即去执行点击事件的处理函数？
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，是否应该立即去执行其回调？
当“用户点击事件”，与“计时器到达时间”同时发生，应该先处理哪个任务？
......

渲染主线程的处理方式是：排队（消息队列 Message queue）。

在最开始的时候，渲染主线程会进入一个无限循环；

可以在github上找到chromium的源码，在消息队列的相关实现代码中可以看到一个无限循环：

👉message_dump_default.cc

chromium和chrome的关系：

chrome是基于chromium的、功能更丰富的浏览器；

chrome不开源，chromium开源。

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。

其它所有线程（包括其它进程的线程）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地、持续地进行下去了。

整个过程，被称之为事件循环（消息循环）。

在w3c的标准中被称为：event loop事件循环
在google的标准中被称为：message loop消息循环

回过头来看上文提到的一个问题：

正在执行一个JS函数，执行到一半的时候用户点击了按钮，是否应该立即去执行点击事件的处理函数？

答：此时应该将点击事件的处理函数推到消息队列中，不影响JS函数的执行。

相关问题

异步是什么？

代码在执行过程中，会遇到一些无法理解处理的任务，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到达，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。

如上图，在主线程中使用setTimeout(fn, 3000)将回调函数与计时时长告知计时线程，计时线程开始计时等待。

此时，如果主线程跟随一起等待，则是同步，唯一的好处是时间线同步，但是好处远远小于坏处，非常浪费时间。

计时线程的底层实现其实是调用了操作系统提供的接口。其实现十分复杂。

渲染主线程承担着极其重要的工作，无论如何都不能阻塞。

如果因为上述三种任务阻塞了主线程，那么消息队列中可能存在着渲染任务无法执行，也可能用户触发了点击事件，但是没有被执行，从用户角度来说就是“页面卡死了”。

因此，浏览器选择了异步来解决这个问题。

如上图，主线程在调用了setTimeout之后，其实只是起到了一个预约的作用，最后是由计时线程将任务交给消息队列。

使用异步的方式，渲染主线程不会阻塞，不断地拿取消息队列里的任务去执行，遇到计时器、网络请求、事件监听，则交给其它线程，渲染主线程从消息队列中获取下一个任务继续工作。

面试题：如何理解JS的异步？

参考答案：
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，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，加入到消息队列的未尾排队，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为何会阻碍渲染？

首先看示例代码：

btn.onclick = function(){
    // 修改DOM节点的内容
    p.innerText = "hello world";
    // 模拟很耗时长的JS代码，这里等了3秒
    start = Date.now()
    while(Date.now()-start<3000){}
}

错误的理解：点击按钮之后，先修改DOM节点文本，再等待3秒；
实际现象：点击按钮之后，会先阻塞等待3秒，然后才能看到DOM节点的文本更新。

具体的流程如下：

首先，主线程解析全局JS代码，解析到这一段代码的时候，检测到是事件绑定，将函数转交给交互线程。
交互线程监听按钮点击，当监听到按钮被点击之后，将函数包装成任务推送到消息队列尾部。
当其它任务被渲染主线程执行完成之后，该任务被主线程获取，执行内部的代码。
修改DOM节点的操作，属于绘制任务，会被包装成任务推送到消息队列尾部。
与此同时，上述代码的这个任务还在执行中，while语句阻塞3秒。
3秒之后，该任务执行完成。渲染主线程继续从消息队列中获取任务，当获取到绘制任务并执行的时候，界面才会更新。

简单的理解：

在浏览器上，JS解析和页面渲染都在渲染主线程上被执行，同一时间只能完成一个任务。
在JS中生成的渲染任务，需要JS执行完成之后才会被更新到页面上。

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相同的队列（即一个队列可以用于存放多种类型的任务）。

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。不同浏览器或者同一浏览器的不同版本的做法可能不同。

在chromium的源码中，我们可以找到👉task_type.h，其中声明了许多任务类型：
浏览器必须准备好一个微队列(microtask queue)，微队列中的任务优先所有其它任务执行。

👉HTML Standard (whatwg.org)

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：
// 立即把一个函数添加到微队列
Promise.resolve().then(函数)

浏览器还有很多其它的队列，与前端的开发关系不大。

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，是浏览器渲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未尾即可。
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相同的队列。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准计时吗？为什么？

参考答案：

不行，因为：

计算机硬件没有原子钟，无法做到精确计时；

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；

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；

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。

补充：

setTimeout和setInterval的最终实现调用的操作系统的API，不同的操作系统的实现不同。
setTimeout嵌套层级（5层）与4毫秒的知识点：

在chromium关于计时器的源码中可以找到：

根据w3c的标准，当嵌套层级超过五层，定时器的时间如果低于4ms，会被提升至4ms。

例题

可以在草稿纸上写下渲染主线程、微队列、延时队列，并模拟任务在其中的变化。

例题1：下述代码的输出顺序是？

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

setTimeout(function(){
    console.log(3);
    Promise.resolve().then(a);
}, 0);

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

console.log(5);

例题 1 答案：

例题2：下述代码的输出顺序是？

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

setTimeout(function(){
    console.log(3);
}, 0);

Promise.resolve().then(a);

console.log(5);

例题 2 答案：

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。

posted @ 2023-10-14 17:50 feixianxing 阅读(130) 评论(0) 编辑收藏举报

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