浏览器基础：进程与线程

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关于

学习 JavaScript 的“事件循环（Event Loop）”机制时，需要结合浏览器的进程、线程相关知识。


关于浏览器的更多知识，参考：
# 《浏览器工作原理（各线程介绍）》
# 《深入理解浏览器中的进程与线程》
# 《深入浏览器之页面加载中的计算机网络》
# 《深入浏览器之浏览器中的进程与线程》
# 《浏览器进程/线程模型》

浏览器进程/线程模型[1]

浏览器进程架构有两种方案：单进程多线程和多进程（通过IPC传递消息）。

Different browser architectures in process／thread-diagram.png

  1. 单进程多线程：顾名思义，浏览器在同一个进程运行所有功能模块（包括篇：网络、插件、JavaScript 运行环境、渲染引擎和页面等）
  • 其缺点很明显：
    1. 不稳定：任一线程错误，将导致整个进程崩溃
    2. 不流畅：同一时刻只有一个浏览器模块可用
    3. 不安全：各线程共享进程数据，更容易导致攻击
    4. 高占用：进程关闭之前，不会回收由线程占用的资源
  • （其实早在 2007 年之前，市面上浏览器都是单进程的）

“多进程”模型

现代浏览器多从用多进程模型，但各家实现细节各有差异。

（以 Chrome 为例）

Diagram of Chrome’s multi process architecture.png

浏览器主要进程，包括：

  1. 浏览器进程（Browser Process）：控制应用程序的“chrome”部分，包括地址栏、书签、后退和前进按钮。还处理网络浏览器中不可见的特权部分，如网络请求和文件访问。
    • 简单来说：主要负责界面显示、用户交互、子进程管理，同时提供存储等功能。
  2. 渲染进程（Renderer Process）：控制显示网站的选项卡内的任何内容。
    • 浏览器会为每个 Tab 标签创建一个渲染进程。
    • 出于安全考虑，渲染进程都是运行在沙箱模式下。
  3. GPU进程（GPU Process）：处理应用程序的 GPU 任务，并将它们绘制在同一个表面上。
  4. 插件进程（Plugin Process）：控制网站使用的任何插件。
    • 每个插件都有一个插件进程。
也有说法，当前 Chrome 架构（面向服务的架构）将“网络进程”、“utility进程”从“浏览器进程”中独立了出来[2] ，但此处不重要。

Different processes pointing to different parts of browser UIavif.png

浏览器：内核、引擎[3]

浏览器相关的术语：浏览器内核、浏览器引擎、排版引擎、Js引擎、Blink、v8、webkit……，这都是啥？

浏览器内核（浏览器引擎）：指“广义上的渲染引擎”（渲染引擎 + JS 引擎）

  1. 渲染引擎（排版引擎）：负责解析（HTML、CSS、JavaScript 和 DOM），并渲染页面。
    如：WebKit、Geck、Blink
  2. JS 引擎（JS 虚拟机）：负责解释、执行 JavaScript 代码
    如：SpiderMonkey、JavaScriptCore（WebKit 内置）、V8


常见浏览器的“渲染引擎”和“JS 引擎”
浏览器 渲染引擎 JS 引擎
IE Trident（MSHTML） JScript/Chakra
Edge EdgeHTML Chakra
Chrome Blink V8
Firefox Gecko SpiderMonkey
Safari WebKit JavaScriptCore
Opera Presto Carakan 


“排版引擎”（Blink）和“Javascript引擎”（V8）都是运行在“渲染进程”（Renderer Process）中，通过“Event Loop”进协调[4]。

渲染进程

浏览器的“渲染进程（Renderer Process）”是多线程的，页面的渲染、JS 执行等都在这个进程内进行，其执行机制就是“Event Loop：事件循环”。

“渲染进程”中包括以下线程：

  1. GUI 渲染线程：负责渲染浏览器界面（解析 HTML、CSS；构建 DOM 树、RenderObject 树；布局、绘制）。
    • 当界面需要重绘（Repaint）或由于某种操作引发回流（reflow）时，该线程就会执行。
  2. JS 引擎线程：负责解析处理 JavaScript 任务（包括：“执行栈”、“任务队列”），运行代码。
    • 一个 Tab 页中只有一个“JS 引擎线程”。
  3. 事件触发线程：负责检测“事件触发”状态。
    当事件发条件被触发时，该线程会：把对应事件添加到“事件队列”（宏任务）中，以等待“JS 引擎”执行；
  4. 定时触发器线程：负责检测“定时器”状态。
    当计时完毕后，该线程会：把对应事件添加到“事件队列”（宏任务）中，以等待“JS 引擎”执行；
    • setInterval 与 setTimeout 所在线程。
  5. 异步http请求线程：负责检测 HTTP 请求状态。
    当请求状态变更时，该线程会：把对应事件添加到“事件队列”（宏任务）中，以等待“JS 引擎”执行；
    • 在 XMLHttpRequest/Fetch 连接后，由浏览器创建的线程。


“GUI渲染线程”与“JS 引擎线程”互斥：

    JS 堵塞的原因所在，其目的是：防止渲染出现不可预期的结果（毕竟 JS 是可以操作 DOM 的）。

参考

  1. ↑ 参考：
    1. Chrome：《Inside look at modern web browser (part 1)》：描述了Chrome的多进程架构，及不同进程的区别
    2. Chrome：《Inside look at modern web browser (part 2)》：为展示网站页面，每个进程和线程如何进行通信
    3. Chrome：《Inside look at modern web browser (part 3)》：渲染进程（Renderer Process）的内部工作
    4. Chrome：《Inside look at modern web browser (part 4)》：用户输入时合成器（Compositor）是如何实现平滑交互的
  2. ↑ 参考：
    1. 《全面了解「Chrome」的多进程架构》
    2. 《Chrome浏览器架构》
  3. ↑ 参考：
    1. 《【译文】扒一扒JavaScript运行时环境》
    2. 《Web 浏览器相关的一些概念》
  4. ↑ 参考：《Event Loop 和 JS 引擎、渲染引擎的关系》
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