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浏览器的秘密

浏览器架构

1 浏览器的历史

单进程与多进程浏览器

在2007年之前，市面上浏览器都是单进程的，所有功能模块都是运行在同一个进程里，这些模块包含了网络、插件、JavaScript运行环境、渲染引擎和页面等。

最新的Chrome浏览器包括：1个浏览器（Browser）主进程、1个 GPU 进程、1个网络（NetWork）进程、多个渲染进程和多个插件进程

浏览器进程。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。
渲染进程。核心任务是将 HTML、CSS 和 JavaScript 转换为用户可以与之交互的网页，排版引擎Blink和JavaScript引擎V8都是运行在该进程中，默认情况下，Chrome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。
GPU进程。其实，Chrome刚开始发布的时候是没有GPU进程的。而GPU的使用初衷是为了实现3D CSS的效果，只是随后网页、Chrome的UI界面都选择采用GPU来绘制，这使得GPU成为浏览器普遍的需求。最后，Chrome在其多进程架构上也引入了GPU进程。
网络进程。主要负责页面的网络资源加载，之前是作为一个模块运行在浏览器进程里面的，直至最近才独立出来，成为一个单独的进程。
插件进程。主要是负责插件的运行，因插件易崩溃，所以需要通过插件进程来隔离，以保证插件进程崩溃不会对浏览器和页面造成影响

2 JavaScript的单线程模型

因为JS是与用户互动，以及操作DOM。如果JavaScript是多线程的，会带来很多复杂的问题，假如 JavaScript有A和B两个线程，A线程在DOM节点上添加了内容，B线程删除了这个节点，应该是哪个为准呢? 所以，为了避免复杂性，所以设计成了单线程。
H5提供了多线程的方案：Web Worker, 他允许主线程创建worker线程，分配任务给worker进程处理，但是worker线程完全受到主线程控制，也不能操作DOM，没有改变JS的单线程本质。

3 Chrome 打开一个页面需要启动多少进程？分别有哪些进程？

打开 1 个页面至少需要 1 个网络进程、1 个浏览器进程、1 个 GPU 进程以及 1 个渲染进程，共 4 个；最新的 Chrome 浏览器包括：1 个浏览器（Browser）主进程、1 个 GPU 进程、1 个网络（NetWork）进程、多个渲染进程和多个插件进程。

浏览器进程：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。
渲染进程：核心任务是将 HTML、CSS 和 JavaScript 转换为用户可以与之交互的网页，排版引擎 Blink 和 JavaScript 引擎 V8 都是运行在该进程中，默认情况下，Chrome 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。
GPU 进程：其实，Chrome 刚开始发布的时候是没有 GPU 进程的。而 GPU 的使用初衷是为了实现 3D CSS 的效果，只是随后网页、Chrome 的 UI 界面都选择采用 GPU 来绘制，这使得 GPU 成为浏览器普遍的需求。最后，Chrome 在其多进程架构上也引入了 GPU 进程。
网络进程：主要负责页面的网络资源加载，之前是作为一个模块运行在浏览器进程里面的，直至最近才独立出来，成为一个单独的进程。
插件进程：主要是负责插件的运行，因插件易崩溃，所以需要通过插件进程来隔离，以保证插件进程崩溃不会对浏览器和页面造成影响。

4 渲染机制

1. 浏览器如何渲染网页

概述：浏览器渲染一共有五步

处理 HTML 并构建 DOM 树。
处理 CSS构建 CSSOM 树。
将 DOM 与 CSSOM 合并成一个渲染树。
根据渲染树来布局，计算每个节点的位置。
调用 GPU 绘制，合成图层，显示在屏幕上

第四步和第五步是最耗时的部分，这两步合起来，就是我们通常所说的渲染

具体如下图过程如下图所示

渲染

网页生成的时候，至少会渲染一次
在用户访问的过程中，还会不断重新渲染

重新渲染需要重复之前的第四步(重新生成布局)+第五步(重新绘制)或者只有第五个步(重新绘制)

在构建 CSSOM 树时，会阻塞渲染，直至 CSSOM树构建完成。并且构建 CSSOM 树是一个十分消耗性能的过程，所以应该尽量保证层级扁平，减少过度层叠，越是具体的 CSS 选择器，执行速度越慢
当 HTML 解析到 script 标签时，会暂停构建 DOM，完成后才会从暂停的地方重新开始。也就是说，如果你想首屏渲染的越快，就越不应该在首屏就加载 JS 文件。并且CSS也会影响 JS 的执行，只有当解析完样式表才会执行 JS，所以也可以认为这种情况下，CSS 也会暂停构建 DOM

知识点1

由于<script>标签是阻塞解析的，将脚本放在网页尾部会加速代码渲染。
defer和async属性也能有助于加载外部脚本。
defer使得脚本会在dom完整构建之后执行；
async标签使得脚本只有在完全available才执行，并且是以非阻塞的方式进行的

知识点2: 重绘（Repaint）和回流（Reflow）

重绘和回流是渲染步骤中的一小节，但是这两个步骤对于性能影响很大

重绘是当节点需要更改外观而不会影响布局的，比如改变 color 就叫称为重绘
回流是布局或者几何属性需要改变就称为回流。

回流必定会发生重绘，重绘不一定会引发回流。回流所需的成本比重绘高的多，改变深层次的节点很可能导致父节点的一系列回流

以下几个动作可能会导致性能问题

改变 window 大小
改变字体
添加或删除样式
文字改变
定位或者浮动
盒模型

很多人不知道的是，重绘和回流其实和 Event loop 有关

当 Event loop 执行完Microtasks 后，会判断 document 是否需要更新。因为浏览器是 60Hz 的刷新率，每 16ms 才会更新一次。
然后判断是否有 resize 或者 scroll ，有的话会去触发事件，所以 resize 和 scroll 事件也是至少 16ms才会触发一次，并且自带节流功能。
判断是否触发了 media query
更新动画并且发送事件
判断是否有全屏操作事件
执行 requestAnimationFrame 回调
执行 IntersectionObserver 回调，该方法用于判断元素是否可见，可以用于懒加载上，但是兼容性不好
更新界面
以上就是一帧中可能会做的事情。如果在一帧中有空闲时间，就会去执行 requestIdleCallback 回调

常见的引起重绘的属性

color
border-style
visibility
background
text-decoration
background-image
background-position
background-repeat
outline-color
outline
outline-style
border-radius
outline-width
box-shadow
background-size

3.4 常见引起回流属性和方法

任何会改变元素几何信息(元素的位置和尺寸大小)的操作，都会触发重排，下面列一些栗子

添加或者删除可见的DOM元素；
元素尺寸改变——边距、填充、边框、宽度和高度
内容变化，比如用户在input框中输入文字
浏览器窗口尺寸改变——resize事件发生时
计算 offsetWidth 和 offsetHeight 属性
设置 style 属性的值

回流影响的范围

由于浏览器渲染界面是基于流失布局模型的，所以触发重排时会对周围DOM重新排列，影响的范围有两种

全局范围：从根节点html开始对整个渲染树进行重新布局。
局部范围：对渲染树的某部分或某一个渲染对象进行重新布局

全局范围回流

<body>
<div class="hello">
<h4>hello</h4>
<p><strong>Name:</strong>BDing</p>
<h5>male</h5>
<ol>
<li>coding</li>
<li>loving</li>
</ol>
</div>
</body>

当p节点上发生reflow时，hello和body也会重新渲染，甚至h5和ol都会收到影响

局部范围回流

用局部布局来解释这种现象：把一个dom的宽高之类的几何信息定死，然后在dom内部触发重排，就只会重新渲染该dom内部的元素，而不会影响到外界

3.5 减少重绘和回流

使用 translate 替代 top

<div class="test"></div>
<style>
.test {
position: absolute;
top: 10px;
width: 100px;
height: 100px;
background: red;

    }
</style>
<script>
setTimeout(() => {
// 引起回流
document.querySelector('.test').style.top = '100px'

    }, 1000)
</script>



        @程序员poetry: 代码已经复制到剪贴板

使用 visibility 替换 display: none ，因为前者只会引起重绘，后者会引发回流（改变了布局）
把 DOM 离线后修改，比如：先把 DOM 给 display:none (有一次 Reflow)，然后你修改100次，然后再把它显示出来
不要把 DOM 结点的属性值放在一个循环里当成循环里的变量

for(let i = 0; i < 1000; i++) {
// 获取 offsetTop 会导致回流，因为需要去获取正确的值
console.log(document.querySelector('.test').style.offsetTop)

}



        @程序员poetry: 代码已经复制到剪贴板

不要使用 table 布局，可能很小的一个小改动会造成整个 table 的重新布局
动画实现的速度的选择，动画速度越快，回流次数越多，也可以选择使用 requestAnimationFrame
CSS选择符从右往左匹配查找，避免 DOM深度过深
将频繁运行的动画变为图层，图层能够阻止该节点回流影响别的元素。比如对于 video标签，浏览器会自动将该节点变为图层。

作者：vast11
来源：juejin.cn/post/7298893187065659430

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2023-11-15

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