浏览器的页面循环

浏览器页面是怎么“动”起来的

每个渲染进程都有一个主线程，并且主线程非常繁忙，既要处理 DOM，又要计算样式，还要处理布局，同时还需要处理 JavaScript 任务以及各种输入事件

事件循环机制

要想在线程运行过程中，能接收并执行新的任务，就需要采用事件循环机制

消息队列

使用消息队列，实现了线程之间的消息通信。

消息队列中的任务类型有哪些。参考下Chromium 的官方源码，这里面包含了很多内部消息类型，如输入事件（鼠标滚动、点击、移动）、微任务、文件读写、WebSocket、JavaScript 定时器等等。除此之外，消息队列中还包含了很多与页面相关的事件，如 JavaScript 执行、解析 DOM、样式计算、布局计算、CSS 动画等。

使用单线程的缺点

• 如何处理高优先级的任务

如果 DOM 发生变化，采用同步通知的方式，会影响当前任务的执行效率；如果采用异步方式，又会影响到监控的实时性。

通常我们把消息队列中的任务称为宏任务，每个宏任务中都包含了一个微任务队列，在执行宏任务的过程中，如果 DOM 有变化，那么就会将该变化添加到微任务列表中，这样就不会影响到宏任务的继续执行，因此也就解决了执行效率的问题。

等宏任务中的主要功能都直接完成之后，这时候，渲染引擎并不着急去执行下一个宏任务，而是执行当前宏任务中的微任务，因为 DOM 变化的事件都保存在这些微任务队列中，这样也就解决了实时性问题。

• 如何解决单个任务执行时长过久的问题

因为所有的任务都是在单线程中执行的，所以每次只能执行一个任务，而其他任务就都处于等待状态。如果其中一个任务执行时间过久，那么下一个任务就要等待很长时间

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针对这种情况，JavaScript 可以通过回调功能来规避这种问题，也就是让要执行的 JavaScript 任务滞后执行

setTimeout是如何实现的

setTimeout 方法就是一个定时器，用来指定某个函数在多少毫秒之后执行。它会返回一个整数，表示定时器的编号，同时可以通过该编号来取消这个定时器。

function showName(){
    
    
  console.log(" 极客时间 ")
}
var timerID = setTimeout(showName,200);

渲染进程中所有运行在主线程上的任务都需要先添加到消息队列，然后事件循环系统再按照顺序执行消息队列中的任务。那些典型的事件：

• 当接收到 HTML 文档数据，渲染引擎就会将“解析 DOM”事件添加到消息队列中，
• 当用户改变了 Web 页面的窗口大小，渲染引擎就会将“重新布局”的事件添加到消息队列中。
• 当触发了 JavaScript 引擎垃圾回收机制，渲染引擎会将“垃圾回收”任务添加到消息队列中。
• 同样，如果要执行一段异步 JavaScript 代码，也是需要将执行任务添加到消息队列中。

以上列举的只是一小部分事件，这些事件被添加到消息队列之后，事件循环系统就会按照消息队列中的顺序来执行事件。

所以说要执行一段异步任务，需要先将任务添加到消息队列中。不过通过定时器设置回调函数有点特别，它们需要在指定的时间间隔内被调用，但消息队列中的任务是按照顺序执行的，所以为了保证回调函数能在指定时间内执行，你不能将定时器的回调函数直接添加到消息队列中。

在 Chrome 中除了正常使用的消息队列之外，还有另外一个消息队列，这个队列中维护了需要延迟执行的任务列表，包括了定时器和 Chromium 内部一些需要延迟执行的任务。所以当通过 JavaScript 创建一个定时器时，渲染进程会将该定时器的回调任务添加到延迟队列中。可以参考Chromium 中关于队列部分的源码。

当通过 JavaScript 调用 setTimeout 设置回调函数的时候，渲染进程将会创建一个回调任务，包含了回调函数 showName、当前发起时间、延迟执行时间，创建好回调任务之后，再将该任务添加到延迟执行队列中

消息循环的代码，在其中加入执行延迟队列的代码，如下所示：

void ProcessTimerTask(){
    
    
  // 从 delayed_incoming_queue 中取出已经到期的定时器任务
  // 依次执行这些任务
}
 
TaskQueue task_queue；
void ProcessTask();
bool keep_running = true;
void MainTherad(){
    
    
  for(;;){
    
    
    // 执行消息队列中的任务
    Task task = task_queue.takeTask();
    ProcessTask(task);
    
    // 执行延迟队列中的任务
    ProcessDelayTask()
 
    if(!keep_running) // 如果设置了退出标志，那么直接退出线程循环
        break; 
  }
}

在上段代码中，处理完消息队列中的一个任务之后，就开始执行 ProcessDelayTask 函数。ProcessDelayTask 函数会根据发起时间和延迟时间计算出到期的任务，然后依次执行这些到期的任务。等到期的任务执行完成之后，再继续下一个循环过程。通过这样的方式，一个完整的定时器就实现了。

使用 setTimeout 的一些注意事项

如果当前任务执行时间过久，会影延迟到期定时器任务的执行

在使用 setTimeout 的时候，有很多因素会导致回调函数执行比设定的预期值要久，其中一个就是当前任务执行时间过久从而导致定时器设置的任务被延后执行。

function bar() {
    
    
    console.log('bar')
}
function foo() {
    
    
    setTimeout(bar, 0);
    for (let i = 0; i < 5000; i++) {
    
    
        let i = 5+8+8+8
        console.log(i)
    }
}
foo()

在执行 foo 函数的时候使用 setTimeout 设置了一个 0 延时的回调任务，设置好回调任务后，foo 函数会继续执行 5000 次 for 循环。

通过 setTimeout 设置的回调任务被放入了消息队列中并且等待下一次执行，这里并不是立即执行的；要执行消息队列中的下个任务，需要等待当前的任务执行完成，由于当前这段代码要执行 5000 次的 for 循环，所以当前这个任务的执行时间会比较久一点。这势必会影响到下个任务的执行时间。

执行 foo 函数所消耗的时长是 500 毫秒，这也就意味着通过 setTimeout 设置的任务会被推迟到 500 毫秒以后再去执行，而设置 setTimeout 的回调延迟时间是 0。

如果 setTimeout 存在嵌套调用，那么系统会设置最短时间间隔为 4 毫秒

function cb() {
    
     setTimeout(cb, 0); }
setTimeout(cb, 0);

可以通过 Performance 来记录下这段代码的执行过程，如下图所示：

竖线就是定时器的函数回调过程，从图中可以看出，前面五次调用的时间间隔比较小，嵌套调用超过五次以上，后面每次的调用最小时间间隔是 4 毫秒。之所以出现这样的情况，是因为在 Chrome 中，定时器被嵌套调用 5 次以上，系统会判断该函数方法被阻塞了，如果定时器的调用时间间隔小于 4 毫秒，那么浏览器会将每次调用的时间间隔设置为 4 毫秒。Chromium 实现 4 毫秒延迟的代码

所以，一些实时性较高的需求就不太适合使用 setTimeout 了，比如你用 setTimeout 来实现 JavaScript 动画就不是一个很好的主意。

未激活的页面，setTimeout 执行最小间隔是 1000 毫秒

未被激活的页面中定时器最小值大于 1000 毫秒，也就是说，如果标签不是当前的激活标签，那么定时器最小的时间间隔是 1000 毫秒，目的是为了优化后台页面的加载损耗以及降低耗电量。

延时执行时间有最大值

Chrome、Safari、Firefox 都是以 32 个 bit 来存储延时值的，32bit 最大只能存放的数字是 2147483647 毫秒，这就意味着，如果 setTimeout 设置的延迟值大于 2147483647 毫秒（大约 24.8 天）时就会溢出，这导致定时器会被立即执行

使用 setTimeout 设置的回调函数中的 this 不符合直觉

如果被 setTimeout 推迟执行的回调函数是某个对象的方法，那么该方法中的 this 关键字将指向全局环境，而不是定义时所在的那个对象

var name= 1;
var MyObj = {
    
    
  name: 2,
  showName: function(){
    
    
    console.log(this.name);
  }
}
setTimeout(MyObj.showName,1000)
//输出的是 1，因为这段代码在编译的时候，执行上下文中的 this 会被设置为全局 window，如果是严格模式，会被设置为 undefined。

//解决这个问题
//第一种是将MyObj.showName放在匿名函数中执行
// 箭头函数
setTimeout(() => {
    
    
    MyObj.showName()
}, 1000);
// 或者 function 函数
setTimeout(function() {
    
    
  MyObj.showName();
}, 1000)

//使用 bind 方法，将 showName 绑定在 MyObj
setTimeout(MyObj.showName.bind(MyObj), 1000)

XMLHttpRequest是怎么实现的

XMLHttpRequest 提供了从 Web 服务器获取数据的能力，如果你想要更新某条数据，只需要通过 XMLHttpRequest 请求服务器提供的接口，就可以获取到服务器的数据，然后再操作 DOM 来更新页面内容，整个过程只需要更新网页的一部分就可以了，而不用像之前那样还得刷新整个页面，这样既有效率又不会打扰到用户。

回调函数

let callback = function(){
    
    
    console.log('i am do homework')
}
function doWork(cb) {
    
    
    console.log('start do work')
    cb()
    console.log('end do work')
}
doWork(callback)

将一个匿名函数赋值给变量 callback，同时将 callback 作为参数传递给了 doWork() 函数，这时在函数 doWork() 中 callback 就是回调函数。

上面的回调方法有个特点，就是回调函数 callback 是在主函数 doWork 返回之前执行的，这个回调过程称为同步回调。

let callback = function(){
    
    
    console.log('i am do homework')
}
function doWork(cb) {
    
    
    console.log('start do work')
    setTimeout(cb,1000)   
    console.log('end do work')
}
doWork(callback)

使用了 setTimeout 函数让 callback 在 doWork 函数执行结束后，又延时了 1 秒再执行，这次 callback 并没有在主函数 doWork 内部被调用，把这种回调函数在主函数外部执行的过程称为异步回调。

浏览器页面是通过事件循环机制来驱动的，每个渲染进程都有一个消息队列，页面主线程按照顺序来执行消息队列中的事件，如执行 JavaScript 事件、解析 DOM 事件、计算布局事件、用户输入事件等等，如果页面有新的事件产生，那新的事件将会追加到事件队列的尾部

当循环系统在执行一个任务的时候，都要为这个任务维护一个系统调用栈。这个系统调用栈类似于 JavaScript 的调用栈，只不过系统调用栈是 Chromium 的开发语言 C++ 来维护的，其完整的调用栈信息你可以通过 chrome://tracing/ 来抓取。当然，你也可以通过 Performance 来抓取它核心的调用信息，如下图所示：

这幅图记录了一个 Parse HTML 的任务执行过程，其中黄色的条目表示执行 JavaScript 的过程，其他颜色的条目表示浏览器内部系统的执行过程。

Parse HTML 任务在执行过程中会遇到一系列的子过程，比如在解析页面的过程中遇到了 JavaScript 脚本，那么就暂停解析过程去执行该脚本，等执行完成之后，再恢复解析过程。然后又遇到了样式表，这时候又开始解析样式表……直到整个任务执行完成。

需要说明的是，整个 Parse HTML 是一个完整的任务，在执行过程中的脚本解析、样式表解析都是该任务的子过程，其下拉的长条就是执行过程中调用栈的信息。

每个任务在执行过程中都有自己的调用栈，那么同步回调就是在当前主函数的上下文中执行回调函数，这个没有太多可讲的。主要来看看异步回调过程，异步回调是指回调函数在主函数之外执行，一般有两种方式：

• 第一种是把异步函数做成一个任务，添加到消息队列尾部；
• 第二种是把异步函数添加到微任务队列中，这样就可以在当前任务的末尾处执行微任务了。

XMLHttpRequest 运作机制

function GetWebData(URL){
    
    
    /**
     * 1: 新建 XMLHttpRequest 请求对象
     */
    let xhr = new XMLHttpRequest()
 
    /**
     * 2: 注册相关事件回调处理函数 
     */
    xhr.onreadystatechange = function () {
    
    
        switch(xhr.readyState){
    
    
          case 0: // 请求未初始化
            console.log(" 请求未初始化 ")
            break;
          case 1://OPENED
            console.log("OPENED")
            break;
          case 2://HEADERS_RECEIVED
            console.log("HEADERS_RECEIVED")
            break;
          case 3://LOADING  
            console.log("LOADING")
            break;
          case 4://DONE
            if(this.status == 200||this.status == 304){
    
    
                console.log(this.responseText);
                }
            console.log("DONE")
            break;
        }
    }
 
    xhr.ontimeout = function(e) {
    
     console.log('ontimeout') }
    xhr.onerror = function(e) {
    
     console.log('onerror') }
 
    /**
     * 3: 打开请求
     */
    xhr.open('Get', URL, true);// 创建一个 Get 请求, 采用异步
 
 
    /**
     * 4: 配置参数
     */
    xhr.timeout = 3000 // 设置 xhr 请求的超时时间
    xhr.responseType = "text" // 设置响应返回的数据格式
    xhr.setRequestHeader("X_TEST","time.geekbang")
 
    /**
     * 5: 发送请求
     */
    xhr.send();
}

• 第一步：创建 XMLHttpRequest 对象。

  • 当执行到let xhr = new XMLHttpRequest()后，JavaScript 会创建一个 XMLHttpRequest 对象xhr，用来执行实际的网络请求操作。

• 第二步：为 xhr 对象注册回调函数。

  • 因为网络请求比较耗时，所以要注册回调函数，这样后台任务执行完成之后就会通过调用回调函数来告诉其执行结果。

    XMLHttpRequest 的回调函数主要有下面几种：

    • ontimeout，用来监控超时请求，如果后台请求超时了，该函数会被调用；
    • onerror，用来监控出错信息，如果后台请求出错了，该函数会被调用；
    • onreadystatechange，用来监控后台请求过程中的状态，比如可以监控到 HTTP 头加载完成的消息、HTTP 响应体消息以及数据加载完成的消息等。

• 第三步：配置基础的请求信息。

  • 注册好回调事件之后，接下来就需要配置基础的请求信息了，首先要通过 open 接口配置一些基础的请求信息，包括请求的地址、请求方法（是 get 还是 post）和请求方式（同步还是异步请求）。

    然后通过 xhr 内部属性类配置一些其他可选的请求信息，可以参考文中示例代码，我们通过xhr.timeout = 3000来配置超时时间，也就是说如果请求超过 3000 毫秒还没有响应，那么这次请求就被判断为失败了。

    还可以通过xhr.responseType = "text"来配置服务器返回的格式，将服务器返回的数据自动转换为自己想要的格式，如果将 responseType 的值设置为 json，那么系统会自动将服务器返回的数据转换为 JavaScript 对象格式。下面的图表是我列出的一些返回类型的描述：

    需要添加自己专用的请求头属性，可以通过 xhr.setRequestHeader 来添加

    

• 第四步：发起请求。

  • 一切准备就绪之后，就可以调用xhr.send来发起网络请求了。渲染进程会将请求发送给网络进程，然后网络进程负责资源的下载，等网络进程接收到数据之后，就会利用 IPC 来通知渲染进程；渲染进程接收到消息之后，会将 xhr 的回调函数封装成任务并添加到消息队列中，等主线程循环系统执行到该任务的时候，就会根据相关的状态来调用对应的回调函数。

    • 如果网络请求出错了，就会执行 xhr.onerror；
    • 如果超时了，就会执行 xhr.ontimeout；
    • 如果是正常的数据接收，就会执行 onreadystatechange 来反馈相应的状态。

    这就是一个完整的 XMLHttpRequest 请求流程，如果感兴趣，可以参考下 Chromium 对 XMLHttpRequest 的实现，点击这里查看代码。

XMLHttpRequest 使用过程中的“坑”

跨域问题

默认情况下，跨域请求是不被允许的

var xhr = new XMLHttpRequest()
var url = 'https://time.geekbang.org/'
function handler() {
    
    
    switch(xhr.readyState){
    
    
        case 0: // 请求未初始化
        console.log(" 请求未初始化 ")
        break;
        case 1://OPENED
        console.log("OPENED")
        break;
        case 2://HEADERS_RECEIVED
        console.log("HEADERS_RECEIVED")
        break;
        case 3://LOADING  
        console.log("LOADING")
        break;
        case 4://DONE
        if(this.status == 200||this.status == 304){
    
    
            console.log(this.responseText);
            }
        console.log("DONE")
        break;
    }
}
   
function callOtherDomain() {
    
    
  if(xhr) {
    
        
    xhr.open('GET', url, true)
    xhr.onreadystatechange = handler
    xhr.send();
  }
}
callOtherDomain()

首先通过浏览器打开www.geekbang.org，然后打开控制台，在控制台输入以上示例代码，再执行，会看到请求被 Block 了。控制台的提示信息如下：

Access to XMLHttpRequest at 'https://time.geekbang.org/' from origin 'https://www.geekbang.org' has been blocked by CORS policy: No 'Access-Control-Allow-Origin' header is present on the requested resource.

因为 www.geekbang.org 和 time.geekbang.com 不属于一个域，所以以上访问就属于跨域访问了，这次访问失败就是由于跨域问题导致的。

HTTPS 混合内容的问题

HTTPS 混合内容是 HTTPS 页面中包含了不符合 HTTPS 安全要求的内容，比如包含了 HTTP 资源，通过 HTTP 加载的图像、视频、样式表、脚本等，都属于混合内容。

通常，如果 HTTPS 请求页面中使用混合内容，浏览器会针对 HTTPS 混合内容显示警告，用来向用户表明此 HTTPS 页面包含不安全的资源。比如打开站点 https://www.iteye.com/groups ，可以通过控制台看到混合内容的警告，参考下图：

从上图可以看出，通过 HTML 文件加载的混合资源，虽然给出警告，但大部分类型还是能加载的。而使用 XMLHttpRequest 请求时，浏览器认为这种请求可能是攻击者发起的，会阻止此类危险的请求。比如通过浏览器打开地址 https://www.iteye.com/groups ，然后通过控制台，使用 XMLHttpRequest 来请求 http://img-ads.csdn.net/2018/201811150919211586.jpg ，这时候请求就会报错，出错信息如下图所示：

宏任务和微任务

基于微任务的技术有 MutationObserver、Promise 以及以 Promise 为基础开发出来的很多其他的技术。

宏任务

页面中的大部分任务都是在主线程上执行的，这些任务包括了：

• 渲染事件（如解析 DOM、计算布局、绘制）；
• 用户交互事件（如鼠标点击、滚动页面、放大缩小等）；
• JavaScript 脚本执行事件；
• 网络请求完成、文件读写完成事件。

为了协调这些任务有条不紊地在主线程上执行，页面进程引入了消息队列和事件循环机制，渲染进程内部会维护多个消息队列，比如延迟执行队列和普通的消息队列。然后主线程采用一个 for 循环，不断地从这些任务队列中取出任务并执行任务。把这些消息队列中的任务称为宏任务。

宏任务可以满足大部分的日常需求，不过如果有对时间精度要求较高的需求，宏任务就难以胜任了，分析下为什么宏任务难以满足对时间精度要求较高的任务。

页面的渲染事件、各种 IO 的完成事件、执行 JavaScript 脚本的事件、用户交互的事件等都随时有可能被添加到消息队列中，而且添加事件是由系统操作的，JavaScript 代码不能准确掌控任务要添加到队列中的位置，控制不了任务在消息队列中的位置，所以很难控制开始执行任务的时间。

<!DOCTYPE html>
<html>
    <body>
        <div id='demo'>
            <ol>
                <li>test</li>
            </ol>
        </div>
    </body>
    <script type="text/javascript">
        function timerCallback2(){
    
    
          console.log(2)
        }
        function timerCallback(){
    
    
            console.log(1)
            setTimeout(timerCallback2,0)
        }
        setTimeout(timerCallback,0)
    </script>
</html>

在这段代码中，是想通过 setTimeout 来设置两个回调任务，并让它们按照前后顺序来执行，中间也不要再插入其他的任务，因为如果这两个任务的中间插入了其他的任务，就很有可能会影响到第二个定时器的执行时间了。

但实际情况是不能控制的，比如在调用 setTimeout 来设置回调任务的间隙，消息队列中就有可能被插入很多系统级的任务。可以打开 Performance 工具，来记录下这段任务的执行过程：

setTimeout 函数触发的回调函数都是宏任务，如图中，左右两个黄色块就是 setTimeout 触发的两个定时器任务。

图中间浅红色区域，这里有很多一段一段的任务，这些是被渲染引擎插在两个定时器任务中间的任务。试想一下，如果中间被插入的任务执行时间过久的话，那么就会影响到后面任务的执行了。

所以说宏任务的时间粒度比较大，执行的时间间隔是不能精确控制的，对一些高实时性的需求就不太符合了，比如监听 DOM 变化的需求。

微任务

微任务就是一个需要异步执行的函数，执行时机是在主函数执行结束之后、当前宏任务结束之前。

异步回调的主要有两种方式:

第一种是把异步回调函数封装成一个宏任务，添加到消息队列尾部，当循环系统执行到该任务的时候执行回调函数。setTimeout 和 XMLHttpRequest 的回调函数都是通过这种方式来实现的

第二种方式的执行时机是在主函数执行结束之后、当前宏任务结束之前执行回调函数，这通常都是以微任务形式体现的。

当 JavaScript 执行一段脚本的时候，V8 会为其创建一个全局执行上下文，在创建全局执行上下文的同时，V8 引擎也会在内部创建一个微任务队列。顾名思义，这个微任务队列就是用来存放微任务的，因为在当前宏任务执行的过程中，有时候会产生多个微任务，这时候就需要使用这个微任务队列来保存这些微任务了。不过这个微任务队列是给 V8 引擎内部使用的，所以是无法通过 JavaScript 直接访问的。

也就是说每个宏任务都关联了一个微任务队列。那么接下来，分析两个重要的时间点——微任务产生的时机和执行微任务队列的时机。

• 产生微任务有两种方式:

第一种方式是使用 MutationObserver 监控某个 DOM 节点，然后再通过 JavaScript 来修改这个节点，或者为这个节点添加、删除部分子节点，当 DOM 节点发生变化时，就会产生 DOM 变化记录的微任务。

第二种方式是使用 Promise，当调用 Promise.resolve() 或者 Promise.reject() 的时候，也会产生微任务。

• 微任务队列是何时被执行的:

通常情况下，在当前宏任务中的 JavaScript 快执行完成时，也就在 JavaScript 引擎准备退出全局执行上下文并清空调用栈的时候，JavaScript 引擎会检查全局执行上下文中的微任务队列，然后按照顺序执行队列中的微任务。WHATWG 把执行微任务的时间点称为检查点。当然除了在退出全局执行上下文式这个检查点之外，还有其他的检查点，不过不是太重要

如果在执行微任务的过程中，产生了新的微任务，同样会将该微任务添加到微任务队列中，V8 引擎一直循环执行微任务队列中的任务，直到队列为空才算执行结束。也就是说在执行微任务过程中产生的新的微任务并不会推迟到下个宏任务中执行，而是在当前的宏任务中继续执行。

该示意图是在执行一个 ParseHTML 的宏任务，在执行过程中，遇到了 JavaScript 脚本，那么就暂停解析流程，进入到 JavaScript 的执行环境。从图中可以看到，全局上下文中包含了微任务列表。

在 JavaScript 脚本的后续执行过程中，分别通过 Promise 和 removeChild 创建了两个微任务，并被添加到微任务列表中。接着 JavaScript 执行结束，准备退出全局执行上下文，这时候就到了检查点了，JavaScript 引擎会检查微任务列表，发现微任务列表中有微任务，那么接下来，依次执行这两个微任务。等微任务队列清空之后，就退出全局执行上下文。

从上面分析我们可以得出如下几个结论：

• 微任务和宏任务是绑定的，每个宏任务在执行时，会创建自己的微任务队列。
• 微任务的执行时长会影响到当前宏任务的时长。比如一个宏任务在执行过程中，产生了 100 个微任务，执行每个微任务的时间是 10 毫秒，那么执行这 100 个微任务的时间就是 1000 毫秒，也可以说这 100 个微任务让宏任务的执行时间延长了 1000 毫秒。所以你在写代码的时候一定要注意控制微任务的执行时长。
• 在一个宏任务中，分别创建一个用于回调的宏任务和微任务，无论什么情况下，微任务都早于宏任务执行。

监听 DOM 变化方法演变

MutationObserver 是用来监听 DOM 变化的一套方法，而监听 DOM 变化一直是前端工程师一项非常核心的需求。

许多 Web 应用都利用 HTML 与 JavaScript 构建其自定义控件，与一些内置控件不同，这些控件不是固有的。为了与内置控件一起良好地工作，这些控件必须能够适应内容更改、响应事件和用户交互。因此，Web 应用需要监视 DOM 变化并及时地做出响应。

早期页面并没有提供对监听的支持，所以那时要观察 DOM 是否变化，唯一能做的就是轮询检测，比如使用 setTimeout 或者 setInterval 来定时检测 DOM 是否有改变。这种方式简单粗暴，但是会遇到两个问题：如果时间间隔设置过长，DOM 变化响应不够及时；反过来如果时间间隔设置过短，又会浪费很多无用的工作量去检查 DOM，会让页面变得低效。

直到 2000 年的时候引入了 Mutation Event，Mutation Event 采用了观察者的设计模式，当 DOM 有变动时就会立刻触发相应的事件，这种方式属于同步回调。

采用 Mutation Event 解决了实时性的问题，因为 DOM 一旦发生变化，就会立即调用 JavaScript 接口。但也正是这种实时性造成了严重的性能问题，因为每次 DOM 变动，渲染引擎都会去调用 JavaScript，这样会产生较大的性能开销。比如利用 JavaScript 动态创建或动态修改 50 个节点内容，就会触发 50 次回调，而且每个回调函数都需要一定的执行时间，这里我们假设每次回调的执行时间是 4 毫秒，那么 50 次回调的执行时间就是 200 毫秒，若此时浏览器正在执行一个动画效果，由于 Mutation Event 触发回调事件，就会导致动画的卡顿。

也正是因为使用 Mutation Event 会导致页面性能问题，所以 Mutation Event 被反对使用，并逐步从 Web 标准事件中删除了。

为了解决了 Mutation Event 由于同步调用 JavaScript 而造成的性能问题，从 DOM4 开始，推荐使用 MutationObserver 来代替 Mutation Event。MutationObserver API 可以用来监视 DOM 的变化，包括属性的变化、节点的增减、内容的变化等。

MutationObserver 将响应函数改成异步调用，可以不用在每次 DOM 变化都触发异步调用，而是等多次 DOM 变化后，一次触发异步调用，并且还会使用一个数据结构来记录这期间所有的 DOM 变化。这样即使频繁地操纵 DOM，也不会对性能造成太大的影响。

通过异步调用和减少触发次数来缓解了性能问题，那么如何保持消息通知的及时性呢？如果采用 setTimeout 创建宏任务来触发回调的话，那么实时性就会大打折扣，因为上面分析过，在两个任务之间，可能会被渲染进程插入其他的事件，从而影响到响应的实时性。

这时候，微任务就可以上场了，在每次 DOM 节点发生变化的时候，渲染引擎将变化记录封装成微任务，并将微任务添加进当前的微任务队列中。这样当执行到检查点的时候，V8 引擎就会按照顺序执行微任务了。

综上所述， MutationObserver 采用了“异步 + 微任务”的策略。

• 通过异步操作解决了同步操作的性能问题；
• 通过微任务解决了实时性的问题。

Promise

Promise 解决的是异步编码风格的问题

页面主线程发起了一个耗时的任务，并将任务交给另外一个进程去处理，这时页面主线程会继续执行消息队列中的任务。等该进程处理完这个任务后，会将该任务添加到渲染进程的消息队列中，并排队等待循环系统的处理。排队结束之后，循环系统会取出消息队列中的任务进行处理，并触发相关的回调操作。

这就是页面编程的一大特点：异步回调。Web 页面的单线程架构决定了异步回调，而异步回调影响到了我们的编码方式

假设有一个下载的需求，使用 XMLHttpRequest 来实现

// 执行状态
function onResolve(response){
    
    console.log(response) }
function onReject(error){
    
    console.log(error) }
 
let xhr = new XMLHttpRequest()
xhr.ontimeout = function(e) {
    
     onReject(e)}
xhr.onerror = function(e) {
    
     onReject(e) }
xhr.onreadystatechange = function () {
    
     onResolve(xhr.response) }
 
// 设置请求类型，请求 URL，是否同步信息
let URL = 'https://time.geekbang.com'
xhr.open('Get', URL, true);
 
// 设置参数
xhr.timeout = 3000 // 设置 xhr 请求的超时时间
xhr.responseType = "text" // 设置响应返回的数据格式
xhr.setRequestHeader("X_TEST","time.geekbang")
 
// 发出请求
xhr.send();

一段代码里面竟然出现了五次回调，这么多的回调会导致代码的逻辑不连贯、不线性，非常不符合人的直觉，这就是异步回调影响到我们的编码方式。

由于重点关注的是输入内容（请求信息）和输出内容（回复信息），至于中间的异步请求过程，不想在代码里面体现太多，因为这会干扰核心的代码逻辑。整体思路如下图所示

按照这个思路来改造代码:

//makeRequest 用来构造 request 对象
//把输入的 HTTP 请求信息全部保存到一个 request 的结构中，包括请求地址、请求头、请求方式、引用地址、同步请求还是异步请求、安全设置等信息
function makeRequest(request_url) {
    
    
    let request = {
    
    
        method: 'Get',
        url: request_url,
        headers: '',
        body: '',
        credentials: false,
        sync: true,
        responseType: 'text',
        referrer: ''
    }
    return request
}

//将所有的请求细节封装进 XFetch 函数
//[in] request，请求信息，请求头，延时值，返回类型等
//[out] resolve, 执行成功，回调该函数
//[out] reject  执行失败，回调该函数
function XFetch(request, resolve, reject) {
    
    
    let xhr = new XMLHttpRequest()
    xhr.ontimeout = function (e) {
    
     reject(e) }
    xhr.onerror = function (e) {
    
     reject(e) }
    xhr.onreadystatechange = function () {
    
    
        if (xhr.status = 200)
            resolve(xhr.response)
    }
    xhr.open(request.method, URL, request.sync);
    xhr.timeout = request.timeout;
    xhr.responseType = request.responseType;
    // 补充其他请求信息
    //...
    xhr.send();
}
//这个 XFetch 函数需要一个 request 作为输入，然后还需要两个回调函数 resolve 和 reject，当请求成功时回调 resolve 函数，当请求出现问题时回调 reject 函数
//实现业务代码
XFetch(makeRequest('https://time.geekbang.org'),
    function resolve(data) {
    
    
        console.log(data)
    }, function reject(e) {
    
    
        console.log(e)
    })

上面的示例代码已经比较符合线性思维，在一些简单的场景下运行效果也是非常好的，不过一旦接触到稍微复杂点的项目时，如果嵌套了太多的回调函数就很容易使得自己陷入了回调地狱

//先请求time.geekbang.org/?category，如果请求成功的话，那么再请求time.geekbang.org/column，如果再次请求成功的话，就继续请求time.geekbang.org
XFetch(makeRequest('https://time.geekbang.org/?category'),
      function resolve(response) {
    
    
          console.log(response)
          XFetch(makeRequest('https://time.geekbang.org/column'),
              function resolve(response) {
    
    
                  console.log(response)
                  XFetch(makeRequest('https://time.geekbang.org')
                      function resolve(response) {
    
    
                          console.log(response)
                      }, function reject(e) {
    
    
                          console.log(e)
                      })
              }, function reject(e) {
    
    
                  console.log(e)
              })
      }, function reject(e) {
    
    
          console.log(e)
      })

这段代码之所以看上去很乱，归结其原因有两点：

• 第一是嵌套调用，下面的任务依赖上个任务的请求结果，并在上个任务的回调函数内部执行新的业务逻辑，这样当嵌套层次多了之后，代码的可读性就变得非常差了。
• 第二是任务的不确定性，执行每个任务都有两种可能的结果（成功或者失败），所以体现在代码中就需要对每个任务的执行结果做两次判断，这种对每个任务都要进行一次额外的错误处理的方式，明显增加了代码的混乱程度。

问题的解决思路：

• 第一是消灭嵌套调用；
• 第二是合并多个任务的错误处理。

Promise：消灭嵌套调用和多次错误处理

//使用 Promise 来重构 XFetch 的代码
function XFetch(request) {
    
    
  function executor(resolve, reject) {
    
    
      let xhr = new XMLHttpRequest()
      xhr.open('GET', request.url, true)
      xhr.ontimeout = function (e) {
    
     reject(e) }
      xhr.onerror = function (e) {
    
     reject(e) }
      xhr.onreadystatechange = function () {
    
    
          if (this.readyState === 4) {
    
    
              if (this.status === 200) {
    
    
                  resolve(this.responseText, this)
              } else {
    
    
                  let error = {
    
    
                      code: this.status,
                      response: this.response
                  }
                  reject(error, this)
              }
          }
      }
      xhr.send()
  }
  return new Promise(executor)
}
//再利用 XFetch 来构造请求流程
var x1 = XFetch(makeRequest('https://time.geekbang.org/?category'))
var x2 = x1.then(value => {
    
    
    console.log(value)
    return XFetch(makeRequest('https://www.geekbang.org/column'))
})
var x3 = x2.then(value => {
    
    
    console.log(value)
    return XFetch(makeRequest('https://time.geekbang.org'))
})
x3.catch(error => {
    
    
    console.log(error)
})

观察上面这两段代码，重点关注下 Promise 的使用方式。

• 首先引入了 Promise，在调用 XFetch 时，会返回一个 Promise 对象。
• 构建 Promise 对象时，需要传入一个executor 函数，XFetch 的主要业务流程都在 executor 函数中执行。
• 如果运行在 excutor 函数中的业务执行成功了，会调用 resolve 函数；如果执行失败了，则调用 reject 函数。
• 在 excutor 函数中调用 resolve 函数时，会触发 promise.then 设置的回调函数；而调用 reject 函数时，会触发 promise.catch 设置的回调函数。

Promise 实现了回调函数的延时绑定。回调函数的延时绑定在代码上体现就是先创建 Promise 对象 x1，通过 Promise 的构造函数 executor 来执行业务逻辑；创建好 Promise 对象 x1 之后，再使用 x1.then 来设置回调函数。

// 创建 Promise 对象 x1，并在 executor 函数中执行业务逻辑
function executor(resolve, reject){
    
    
    resolve(100)
}
let x1 = new Promise(executor)
 
 
//x1 延迟绑定回调函数 onResolve
function onResolve(value){
    
    
    console.log(value)
}
x1.then(onResolve)

将回调函数 onResolve 的返回值穿透到最外层。因为我们会根据 onResolve 函数的传入值来决定创建什么类型的 Promise 任务，创建好的 Promise 对象需要返回到最外层，这样就可以摆脱嵌套循环了。

Promise 通过回调函数延迟绑定和回调函数返回值穿透的技术，解决了循环嵌套

function executor(resolve, reject) {
    
    
    let rand = Math.random();
    console.log(1)
    console.log(rand)
    if (rand > 0.5)
        resolve()
    else
        reject()
}
var p0 = new Promise(executor);
 
var p1 = p0.then((value) => {
    
    
    console.log("succeed-1")
    return new Promise(executor)
})
 
var p3 = p1.then((value) => {
    
    
    console.log("succeed-2")
    return new Promise(executor)
})
 
var p4 = p3.then((value) => {
    
    
    console.log("succeed-3")
    return new Promise(executor)
})
 
p4.catch((error) => {
    
    
    console.log("error")
})
console.log(2)

这段代码有四个 Promise 对象：p0～p4。无论哪个对象里面抛出异常，都可以通过最后一个对象 p4.catch 来捕获异常，通过这种方式可以将所有 Promise 对象的错误合并到一个函数来处理，这样就解决了每个任务都需要单独处理异常的问题。

之所以可以使用最后一个对象来捕获所有异常，是因为 Promise 对象的错误具有“冒泡”性质，会一直向后传递，直到被 onReject 函数处理或 catch 语句捕获为止。具备了这样“冒泡”的特性后，就不需要在每个 Promise 对象中单独捕获异常了。

Promise 与微任务

function executor(resolve, reject) {
    
    
    resolve(100)
}
let demo = new Promise(executor)
 
function onResolve(value){
    
    
    console.log(value)
}
demo.then(onResolve)

首先执行 new Promise 时，Promise 的构造函数会被执行，不过由于 Promise 是 V8 引擎提供的，所以暂时看不到 Promise 构造函数的细节。

接下来，Promise 的构造函数会调用 Promise 的参数 executor 函数。然后在 executor 中执行了 resolve，resolve 函数也是在 V8 内部实现的，执行 resolve 函数，会触发 demo.then 设置的回调函数 onResolve，所以可以推测，resolve 函数内部调用了通过 demo.then 设置的 onResolve 函数。

由于 Promise 采用了回调函数延迟绑定技术，所以在执行 resolve 函数的时候，回调函数还没有绑定，那么只能推迟回调函数的执行。

下面来模拟实现一个 Promise，会实现它的构造函数、resolve 方法以及 then 方法

//Bromise 实现了构造函数、resolve、then 方法
function Bromise(executor) {
    
    
    var onResolve_ = null
    var onReject_ = null
     // 模拟实现 resolve 和 then，暂不支持 rejcet
    this.then = function (onResolve, onReject) {
    
    
        onResolve_ = onResolve
    };
    function resolve(value) {
    
    
        //让 resolve 中的 onResolve_ 函数延后执行
          //setTimeout(()=>{
    
    
            onResolve_(value)
           // },0)
    }
    executor(resolve, null);
}


//使用 Bromise 来实现业务代码
function executor(resolve, reject) {
    
    
    resolve(100)
}
// 将 Promise 改成我们自己的 Bromsie
let demo = new Bromise(executor)
 
function onResolve(value){
    
    
    console.log(value)
}
demo.then(onResolve)
// 执行这段代码，发现执行出错，输出的内容是：
//Uncaught TypeError: onResolve_ is not a function
 //   at resolve (<anonymous>:10:13)
   // at executor (<anonymous>:17:5)
    //at new Bromise (<anonymous>:13:5)
    //at <anonymous>:19:12
//之所以出现这个错误，是由于 Bromise 的延迟绑定导致的，在调用到 onResolve_ 函数的时候，Bromise.then 还没有执行，所以执行上述代码的时候，当然会报“onResolve_ is not a function“的错误了。

上面采用了定时器来推迟 onResolve 的执行，不过使用定时器的效率并不是太高，所以 Promise 又把这个定时器改造成了微任务了，这样既可以让 onResolve_ 延时被调用，又提升了代码的执行效率。这就是 Promise 中使用微任务的原由了。

async/await

fetch('https://www.geekbang.org')
      .then((response) => {
    
    
          console.log(response)
          return fetch('https://www.geekbang.org/test')
      }).then((response) => {
    
    
          console.log(response)
      }).catch((error) => {
    
    
          console.log(error)
      })

//ES7 引入了 async/await，这是 JavaScript 异步编程的一个重大改进，提供了在不阻塞主线程的情况下使用同步代码实现异步访问资源的能力，并且使得代码逻辑更加清晰

async function foo(){
    
    
  try{
    
    
    let response1 = await fetch('https://www.geekbang.org')
    console.log('response1')
    console.log(response1)
    let response2 = await fetch('https://www.geekbang.org/test')
    console.log('response2')
    console.log(response2)
  }catch(err) {
    
    
       console.error(err)
  }
}
foo()

生成器（Generator）是如何工作的， Generator 的底层实现机制——协程（Coroutine）；因为 async/await 使用了 Generator 和 Promise 两种技术，所以通过 Generator 和 Promise 来分析 async/await 到底是如何以同步的方式来编写异步代码的。

生成器 VS 协程

生成器函数是一个带星号函数，而且是可以暂停执行和恢复执行的。

function* genDemo() {
    
    
    console.log(" 开始执行第一段 ")
    yield 'generator 2'
 
    console.log(" 开始执行第二段 ")
    yield 'generator 2'
 
    console.log(" 开始执行第三段 ")
    yield 'generator 2'
 
    console.log(" 执行结束 ")
    return 'generator 2'
}
 
console.log('main 0')
let gen = genDemo()
console.log(gen.next().value)
console.log('main 1')
console.log(gen.next().value)
console.log('main 2')
console.log(gen.next().value)
console.log('main 3')
console.log(gen.next().value)
console.log('main 4')

执行上面这段代码，观察输出结果，会发现函数 genDemo 并不是一次执行完的，全局代码和 genDemo 函数交替执行。其实这就是生成器函数的特性，可以暂停执行，也可以恢复执行。下面来看看生成器函数的具体使用方式：

1. 在生成器函数内部执行一段代码，如果遇到 **yield **关键字，那么 JavaScript 引擎将返回关键字后面的内容给外部，并暂停该函数的执行。
2. 外部函数可以通过 next 方法恢复函数的执行。

协程是一种比线程更加轻量级的存在。你可以把协程看成是跑在线程上的任务，一个线程上可以存在多个协程，但是在线程上同时只能执行一个协程，比如当前执行的是 A 协程，要启动 B 协程，那么 A 协程就需要将主线程的控制权交给 B 协程，这就体现在 A 协程暂停执行，B 协程恢复执行；同样，也可以从 B 协程中启动 A 协程。通常，如果从 A 协程启动 B 协程，我们就把 A 协程称为 B 协程的父协程。

正如一个进程可以拥有多个线程一样，一个线程也可以拥有多个协程。最重要的是，协程不是被操作系统内核所管理，而完全是由程序所控制（也就是在用户态执行）。这样带来的好处就是性能得到了很大的提升，不会像线程切换那样消耗资源。

从图中可以看出来协程的四点规则：

1. 通过调用生成器函数 genDemo 来创建一个协程 gen，创建之后，gen 协程并没有立即执行。
2. 要让 gen 协程执行，需要通过调用 gen.next。
3. 当协程正在执行的时候，可以通过 yield 关键字来暂停 gen 协程的执行，并返回主要信息给父协程。
4. 如果协程在执行期间，遇到了 return 关键字，那么 JavaScript 引擎会结束当前协程，并将 return 后面的内容返回给父协程。

gen 协程和父协程是在主线程上交互执行的，并不是并发执行的，它们之前的切换是通过 yield 和 gen.next 来配合完成的。

当在 gen 协程中调用了 yield 方法时，JavaScript 引擎会保存 gen 协程当前的调用栈信息，并恢复父协程的调用栈信息。同样，当在父协程中执行 gen.next 时，JavaScript 引擎会保存父协程的调用栈信息，并恢复 gen 协程的调用栈信息。

使用生成器和 Promise 来改造开头的那段 Promise 代码

//foo 函数
function* foo() {
    
    
    let response1 = yield fetch('https://www.geekbang.org')
    console.log('response1')
    console.log(response1)
    let response2 = yield fetch('https://www.geekbang.org/test')
    console.log('response2')
    console.log(response2)
}
 
// 执行 foo 函数的代码
let gen = foo()
function getGenPromise(gen) {
    
    
    return gen.next().value
}
getGenPromise(gen).then((response) => {
    
    
    console.log('response1')
    console.log(response)
    return getGenPromise(gen)
}).then((response) => {
    
    
    console.log('response2')
    console.log(response)
})

foo 函数是一个生成器函数，在 foo 函数里面实现了用同步代码形式来实现异步操作；但是在 foo 函数外部，我们还需要写一段执行 foo 函数的代码，如上述代码的后半部分所示，那下面我们就来分析下这段代码是如何工作的。

• 首先执行的是let gen = foo()，创建了 gen 协程。
• 然后在父协程中通过执行 gen.next 把主线程的控制权交给 gen 协程。
• gen 协程获取到主线程的控制权后，就调用 fetch 函数创建了一个 Promise 对象 response1，然后通过 yield 暂停 gen 协程的执行，并将 response1 返回给父协程。
• 父协程恢复执行后，调用 response1.then 方法等待请求结果。
• 等通过 fetch 发起的请求完成之后，会调用 then 中的回调函数，then 中的回调函数拿到结果之后，通过调用 gen.next 放弃主线程的控制权，将控制权交 gen 协程继续执行下个请求。

把执行生成器的代码封装成一个函数，并把这个执行生成器代码的函数称为执行器

function* foo() {
    
    
    let response1 = yield fetch('https://www.geekbang.org')
    console.log('response1')
    console.log(response1)
    let response2 = yield fetch('https://www.geekbang.org/test')
    console.log('response2')
    console.log(response2)
}
co(foo());

通过使用生成器配合执行器，就能实现使用同步的方式写出异步代码了，这样也大大加强了代码的可读性。

async

async 是一个通过异步执行并隐式返回 Promise 作为结果的函数。

await

async function foo() {
    
    
    console.log(1)
    let a = await 100
    console.log(a)
    console.log(2)
}
console.log(0)
foo()
console.log(3)

执行console.log(0)这个语句，打印出来 0。

紧接着就是执行 foo 函数，由于 foo 函数是被 async 标记过的，所以当进入该函数的时候，JavaScript 引擎会保存当前的调用栈等信息，然后执行 foo 函数中的console.log(1)语句，并打印出 1。

接下来就执行到 foo 函数中的await 100这个语句了，在执行await 100这个语句时，JavaScript 引擎在背后默默做了太多的事情，把这个语句拆开，来看看 JavaScript 到底都做了哪些事情。

当执行到await 100时，会默认创建一个 Promise 对象，代码如下所示：

let promise_ = new Promise((resolve,reject){
    
    
  resolve(100)
})

在这个 promise_ 对象创建的过程中，我们可以看到在 executor 函数中调用了 resolve 函数，JavaScript 引擎会将该任务提交给微任务队列

然后 JavaScript 引擎会暂停当前协程的执行，将主线程的控制权转交给父协程执行，同时会将 promise_ 对象返回给父协程

主线程的控制权已经交给父协程了，这时候父协程要做的一件事是调用 promise_.then 来监控 promise 状态的改变。

接下来继续执行父协程的流程，这里我们执行console.log(3)，并打印出来 3。随后父协程将执行结束，在结束之前，会进入微任务的检查点，然后执行微任务队列，微任务队列中有resolve(100)的任务等待执行，执行到这里的时候，会触发 promise_.then 中的回调函数，如下所示：

promise_.then((value)=>{
    
    
   // 回调函数被激活后
  // 将主线程控制权交给 foo 协程，并将 vaule 值传给协程
})

该回调函数被激活以后，会将主线程的控制权交给 foo 函数的协程，并同时将 value 值传给该协程。

foo 协程激活之后，会把刚才的 value 值赋给了变量 a，然后 foo 协程继续执行后续语句，执行完成之后，将控制权归还给父协程。

任务调度：有了setTimeOut，为什么还要使用rAF

要想利用 JavaScript 实现高性能的动画，那就得使用 requestAnimationFrame 这个 API，我们简称 rAF，那么为什么都推荐使用 rAF 而不是 setTimeOut 呢？

要解释清楚这个问题，就要从渲染进程的任务调度系统讲起，理解了渲染进程任务调度系统，你自然就明白了 rAF 和 setTimeOut 的区别。

单消息队列的队头阻塞问题

渲染主线程会按照先进先出的顺序执行消息队列中的任务，具体地讲，当产生了新的任务，渲染进程会将其添加到消息队列尾部，在执行任务过程中，渲染进程会顺序地从消息队列头部取出任务并依次执行。

基于这种单消息队列的架构下，如果用户发出一个点击事件或者缩放页面的事件，而在此时，该任务前面可能还有很多不太重要的任务在排队等待着被执行，诸如 V8 的垃圾回收、DOM 定时器等任务，如果执行这些任务需要花费的时间过久的话，那么就会让用户产生卡顿的感觉。

在单消息队列架构下，存在着低优先级任务会阻塞高优先级任务的情况

Chromium 是如何解决队头阻塞问题的

Chromium 团队从 2013 年到现在，花了大量的精力在持续重构底层消息机制

第一次迭代：引入一个高优先级队列

首先在最理想的情况下，我们希望能够快速跟踪高优先级任务，比如在交互阶段，下面几种任务都应该视为高优先级的任务：

通过鼠标触发的点击任务、滚动页面任务；

通过手势触发的页面缩放任务；

通过 CSS、JavaScript 等操作触发的动画特效等任务。

这些任务被触发后，用户想立即得到页面的反馈，所以我们需要让这些任务能够优先与其他的任务执行。要实现这种效果，我们可以增加一个高优级的消息队列，将高优先级的任务都添加到这个队列里面，然后优先执行该消息队列中的任务。最终效果如下图所示:

使用了一个优先级高的消息队列和一个优先级低消息队列，渲染进程会将它认为是紧急的任务添加到高优先级队列中，不紧急的任务就添加到低优先级的队列中。然后我们再在渲染进程中引入一个任务调度器，负责从多个消息队列中选出合适的任务，通常实现的逻辑，先按照顺序从高优先级队列中取出任务，如果高优先级的队列为空，那么再按照顺序从低优级队列中取出任务。

我们还可以更进一步，将任务划分为多个不同的优先级，来实现更加细粒度的任务调度，比如可以划分为高优先级，普通优先级和低优先级，最终效果如下图所示：

现在我们引入了多个消息队列，结合任务调度器我们就可以灵活地调度任务了，这样我们就可以让高优先级的任务提前执行，采用这种方式似乎解决了消息队列的队头阻塞问题。

大多数任务需要保持其相对执行顺序，如果将用户输入的消息或者合成消息添加进多个不同优先级的队列中，那么这种任务的相对执行顺序就会被打乱，甚至有可能出现还未处理输入事件，就合成了该事件要显示的图片。因此我们需要让一些相同类型的任务保持其相对执行顺序。

第二次迭代：根据消息类型来实现消息队列

要解决上述问题，我们可以为不同类型的任务创建不同优先级的消息队列，比如：

• 可以创建输入事件的消息队列，用来存放输入事件。

• 可以创建合成任务的消息队列，用来存放合成事件。

• 可以创建默认消息队列，用来保存如资源加载的事件和定时器回调等事件。

• 还可以创建一个空闲消息队列，用来存放 V8 的垃圾自动垃圾回收这一类实时性不高的事件。

通过迭代，这种策略已经相当实用了，但是它依然存在着问题，那就是这几种消息队列的优先级都是固定的，任务调度器会按照这种固定好的静态的优先级来分别调度任务。

页面大致的生存周期大体分为两个阶段，加载阶段和交互阶段。

虽然在交互阶段，采用上述这种静态优先级的策略没有什么太大问题的，但是在页面加载阶段，如果依然要优先执行用户输入事件和合成事件，那么页面的解析速度将会被拖慢。

第三次迭代：动态调度策略

这张图展示了 Chromium 在不同的场景下，是如何调整消息队列优先级的。通过这种动态调度策略，就可以满足不同场景的核心诉求了，同时这也是 Chromium 当前所采用的任务调度策略。

页面加载阶段的场景，在这个阶段，用户的最高诉求是在尽可能短的时间内看到页面，至于交互和合成并不是这个阶段的核心诉求，因此我们需要调整策略，在加载阶段将页面解析，JavaScript 脚本执行等任务调整为优先级最高的队列，降低交互合成这些队列的优先级。

页面加载完成之后就进入了交互阶段在介绍 Chromium 是如何调整交互阶段的任务调度策略之前，回顾下页面的渲染过程。

在显卡中有一块叫着前缓冲区的地方，这里存放着显示器要显示的图像，显示器会按照一定的频率来读取这块前缓冲区，并将前缓冲区中的图像显示在显示器上，不同的显示器读取的频率是不同的，通常情况下是 60HZ，也就是说显示器会每间隔 1/60 秒就读取一次前缓冲区。

如果浏览器要更新显示的图片，那么浏览器会将新生成的图片提交到显卡的后缓冲区中，提交完成之后，GPU 会将后缓冲区和前缓冲区互换位置，也就是前缓冲区变成了后缓冲区，后缓冲区变成了前缓冲区，这就保证了显示器下次能读取到 GPU 中最新的图片。

这时候我们会发现，显示器从前缓冲区读取图片，和浏览器生成新的图像到后缓冲区的过程是不同步的，如下图所示：

这种显示器读取图片和浏览器生成图片不同步，容易造成众多问题。

• 如果渲染进程生成的帧速比屏幕的刷新率慢，那么屏幕会在两帧中显示同一个画面，当这种断断续续的情况持续发生时，用户将会很明显地察觉到动画卡住了。

• 如果渲染进程生成的帧速率实际上比屏幕刷新率快，那么也会出现一些视觉上的问题，比如当帧速率在 100fps 而刷新率只有 60Hz 的时候，GPU 所渲染的图像并非全都被显示出来，这就会造成丢帧现象。

• 就算屏幕的刷新频率和 GPU 更新图片的频率一样，由于它们是两个不同的系统，所以屏幕生成帧的周期和 VSync 的周期也是很难同步起来的。

所以 VSync 和系统的时钟不同步就会造成掉帧、卡顿、不连贯等问题。

为了解决这些问题，就需要将显示器的时钟同步周期和浏览器生成页面的周期绑定起来，Chromium 也是这样实现

**当显示器将一帧画面绘制完成后，并在准备读取下一帧之前，显示器会发出一个垂直同步信号（vertical synchronization）给 GPU，简称 VSync。**这时候浏览器就会充分利用好 VSync 信号。

具体地讲，当 GPU 接收到 VSync 信号后，会将 VSync 信号同步给浏览器进程，浏览器进程再将其同步到对应的渲染进程，渲染进程接收到 VSync 信号之后，就可以准备绘制新的一帧了，具体流程你可以参考下图：

当渲染进程接收到用户交互的任务后，接下来大概率是要进行绘制合成操作，因此我们可以设置，当在执行用户交互的任务时，将合成任务的优先级调整到最高。

接下来，处理完成 DOM，计算好布局和绘制，就需要将信息提交给合成线程来合成最终图片了，然后合成线程进入工作状态。现在的场景是合成线程在工作了，那么我们就可以把下个合成任务的优先级调整为最低，并将页面解析、定时器等任务优先级提升。

在合成完成之后，合成线程会提交给渲染主线程提交完成合成的消息，如果当前合成操作执行的非常快，比如从用户发出消息到完成合成操作只花了 8 毫秒，因为 VSync 同步周期是 16.66（1/60）毫秒，那么这个 VSync 时钟周期内就不需要再次生成新的页面了。那么从合成结束到下个 VSync 周期内，就进入了一个空闲时间阶段，那么就可以在这段空闲时间内执行一些不那么紧急的任务，比如 V8 的垃圾回收，或者通过 window.requestIdleCallback() 设置的回调任务等，都会在这段空闲时间内执行。

第四次迭代：任务饿死

以上方案看上去似乎非常完美了，不过依然存在一个问题，那就是在某个状态下，一直有新的高优先级的任务加入到队列中，这样就会导致其他低优先级的任务得不到执行，这称为任务饿死。

用户将会很明显地察觉到动画卡住了。

• 如果渲染进程生成的帧速率实际上比屏幕刷新率快，那么也会出现一些视觉上的问题，比如当帧速率在 100fps 而刷新率只有 60Hz 的时候，GPU 所渲染的图像并非全都被显示出来，这就会造成丢帧现象。

• 就算屏幕的刷新频率和 GPU 更新图片的频率一样，由于它们是两个不同的系统，所以屏幕生成帧的周期和 VSync 的周期也是很难同步起来的。

所以 VSync 和系统的时钟不同步就会造成掉帧、卡顿、不连贯等问题。

为了解决这些问题，就需要将显示器的时钟同步周期和浏览器生成页面的周期绑定起来，Chromium 也是这样实现

**当显示器将一帧画面绘制完成后，并在准备读取下一帧之前，显示器会发出一个垂直同步信号（vertical synchronization）给 GPU，简称 VSync。**这时候浏览器就会充分利用好 VSync 信号。

具体地讲，当 GPU 接收到 VSync 信号后，会将 VSync 信号同步给浏览器进程，浏览器进程再将其同步到对应的渲染进程，渲染进程接收到 VSync 信号之后，就可以准备绘制新的一帧了，具体流程你可以参考下图：

[外链图片转存中…(img-17pwAA4g-1683724171996)]

当渲染进程接收到用户交互的任务后，接下来大概率是要进行绘制合成操作，因此我们可以设置，当在执行用户交互的任务时，将合成任务的优先级调整到最高。

接下来，处理完成 DOM，计算好布局和绘制，就需要将信息提交给合成线程来合成最终图片了，然后合成线程进入工作状态。现在的场景是合成线程在工作了，那么我们就可以把下个合成任务的优先级调整为最低，并将页面解析、定时器等任务优先级提升。

在合成完成之后，合成线程会提交给渲染主线程提交完成合成的消息，如果当前合成操作执行的非常快，比如从用户发出消息到完成合成操作只花了 8 毫秒，因为 VSync 同步周期是 16.66（1/60）毫秒，那么这个 VSync 时钟周期内就不需要再次生成新的页面了。那么从合成结束到下个 VSync 周期内，就进入了一个空闲时间阶段，那么就可以在这段空闲时间内执行一些不那么紧急的任务，比如 V8 的垃圾回收，或者通过 window.requestIdleCallback() 设置的回调任务等，都会在这段空闲时间内执行。

第四次迭代：任务饿死

以上方案看上去似乎非常完美了，不过依然存在一个问题，那就是在某个状态下，一直有新的高优先级的任务加入到队列中，这样就会导致其他低优先级的任务得不到执行，这称为任务饿死。

Chromium 为了解决任务饿死的问题，给每个队列设置了执行权重，也就是如果连续执行了一定个数的高优先级的任务，那么中间会执行一次低优先级的任务，这样就缓解了任务饿死的情况。