浏览器架构

  在讲浏览器架构之前css 加载层，先理解两个概念，进程和线程。

  进程（process）是程序的一次执行过程，是一个动态概念，是程序在执行过程中分配和管理资源的基本单位，线程（thread）是CPU调度和分派的基本单位，它可与同属一个进程的其他的线程共享进程所拥有的全部资源。

  简单的说呢，进程可以理解成正在执行的应用程序，而线程呢，可以理解成我们应用程序中的代码的执行器。而他们的关系可想而知，线程是跑在进程里面的，一个进程里面可能有一个或者多个线程，而一个线程，只能隶属于一个进程。

  大家都知道，浏览器属于一个应用程序，而应用程序的一次执行css 加载层，可以理解为计算机启动了一个进程，进程启动后，CPU会给该进程分配相应的内存空间，当我们的进程得到了内存之后，就可以使用线程进行资源调度，进而完成我们应用程序的功能。

  而在应用程序中，为了满足功能的需要，启动的进程会创建另外的新的进程来处理其他任务，这些创建出来的新的进程拥有全新的独立的内存空间，不能与原来的进程内向内存，如果这些进程之间需要通信，可以通过IPC机制（Inter Process Communication）来进行。

  很多应用程序都会采取这种多进程的方式来工作，因为进程和进程之间是互相独立的它们互不影响，也就是说，当其中一个进程挂掉了之后，不会影响到其他进程的执行，只需要重启挂掉的进程就可以恢复运行。

  浏览器的多进程架构

  假如我们去开发一个浏览器，它的架构可以是一个单进程多线程的应用程序，也可以是一个使用IPC通信的多进程应用程序。

  不同的浏览器使用不同的架构，下面主要以Chrome为例，介绍浏览器的多进程架构。

  在Chrome中，主要的进程有4个：

  这4个进程之间的关系是什么呢？

  首先，当我们是要浏览一个网页，我们会在浏览器的地址栏里输入URL，这个时候Browser Process会向这个URL发送请求，获取这个URL的HTML内容，然后将HTML交给Renderer Process，Renderer Process解析HTML内容，解析遇到需要请求网络的资源又返回来交给Browser Process进行加载，同时通知Browser Process，需要Plugin Process加载插件资源，执行插件代码。解析完成后，Renderer Process计算得到图像帧，并将这些图像帧交给GPU Process，GPU Process将其转化为图像显示屏幕。

  多进程架构的好处

  Chrome为什么要使用多进程架构呢？

  第一，更高的容错性。当今WEB应用中，HTML，JavaScript和CSS日益复杂，这些跑在渲染引擎的代码，频繁的出现BUG，而有些BUG会直接导致渲染引擎崩溃，多进程架构使得每一个渲染引擎运行在各自的进程中，相互之间不受影响，也就是说，当其中一个页面崩溃挂掉之后，其他页面还可以正常的运行不收影响。

  第二，更高的安全性和沙盒性（sanboxing）。渲染引擎会经常性的在网络上遇到不可信、甚至是恶意的代码，它们会利用这些漏洞在你的电脑上安装恶意的软件，针对这一问题，浏览器对不同进程限制了不同的权限，并为其提供沙盒运行环境，使其更安全更可靠

  第三，更高的响应速度。在单进程的架构中，各个任务相互竞争抢夺CPU资源，使得浏览器响应速度变慢，而多进程架构正好规避了这一缺点。

  多进程架构优化

  之前的我们说到，Renderer Process的作用是负责一个Tab内的显示相关的工作，这就意味着，一个Tab，就会有一个Renderer Process，这些进程之间的内存无法进行共享，而不同进程的内存常常需要包含相同的内容。

  浏览器的进程模式

  为了节省内存，Chrome提供了四种进程模式（Process Models），不同的进程模式会对 tab 进程做不同的处理。

  这里需要给出 site 和 site-instance 的定义

  理解了概念之后，下面解释四个进程模式

  首先是Single process，顾名思义，单进程模式，所有tab都会使用同一个进程。接下来是Process-per-tab，也是顾名思义，每打开一个tab，会新建一个进程。而对于Process-per-site，当你打开 a.baidu.com 页面，在打开 b.baidu.com 的页面，这两个页面的tab使用的是共一个进程，因为这两个页面的site相同，而如此一来，如果其中一个tab崩溃了，而另一个tab也会崩溃。

  Process-per-site-instance是最重要的，因为这个是 Chrome 默认使用的模式，也就是几乎所有的用户都在用的模式。当你打开一个 tab 访问 a.baidu.com ，然后再打开一个 tab 访问 b.baidu.com，这两个 tab 会使用两个进程。而如果你在 a.baidu.com 中，通过JS代码打开了 b.baidu.com 页面，这两个 tab 会使用同一个进程。

  默认模式选择

  那么为什么浏览器使用Process-per-site-instance作为默认的进程模式呢？

  Process-per-site-instance兼容了性能与易用性，是一个比较中庸通用的模式。

  导航过程都发生了什么

  前面我们讲了浏览器的多进程架构，讲了多进程架构的各种好处，和Chrome是怎么优化多进程架构的，下面从用户浏览网页这一简单的场景，来深入了解进程和线程是如何呈现我们的网站页面的。

  网页加载过程

  之前我们我们提到，tab以外的大部分工作由浏览器进程Browser Process负责，针对工作的不同，Browser Process 划分出不同的工作线程：

  第一步：处理输入

  当我们在浏览器的地址栏输入内容按下回车时，UI thread会判断输入的内容是搜索关键词（search query）还是URL，如果是搜索关键词，跳转至默认搜索引擎对应都搜索URL，如果输入的内容是URL，则开始请求URL。

  第二步：开始导航

  回车按下后，UI thread将关键词搜索对应的URL或输入的URL交给网络线程Network thread，此时UI线程使Tab前的图标展示为加载中状态，然后网络进程进行一系列诸如DNS寻址，建立TLS连接等操作进行资源请求，如果收到服务器的301重定向响应，它就会告知UI线程进行重定向然后它会再次发起一个新的网络请求。

  第三步：读取响应

  network thread接收到服务器的响应后，开始解析HTTP响应报文，然后根据响应头中的Content-Type字段来确定响应主体的媒体类型（MIME Type），如果媒体类型是一个HTML文件，则将响应数据交给渲染进程（renderer process）来进行下一步的工作，如果是 zip 文件或者其它文件，会把相关数据传输给下载管理器。

  与此同时，浏览器会进行 Safe Browsing 安全检查，如果域名或者请求内容匹配到已知的恶意站点，network thread 会展示一个警告页。除此之外，网络线程还会做 CORB（Cross Origin Read Blocking）检查来确定那些敏感的跨站数据不会被发送至渲染进程。

  第四步：查找渲染进程

  各种检查完毕以后，network thread 确信浏览器可以导航到请求网页，network thread 会通知 UI thread 数据已经准备好，UI thread 会查找到一个 renderer process 进行网页的渲染。

  浏览器为了对查找渲染进程这一步骤进行优化，考虑到网络请求获取响应需要时间，所以在第二步开始，浏览器已经预先查找和启动了一个渲染进程，如果中间步骤一切顺利，当 network thread 接收到数据时，渲染进程已经准备好了，但是如果遇到重定向，这个准备好的渲染进程也许就不可用了，这个时候会重新启动一个渲染进程。

  第五步：提交导航

  到了这一步，数据和渲染进程都准备好了，Browser Process会向Renderer Process发送IPC消息来确认导航，此时，浏览器进程将准备好的数据发送给渲染进程，渲染进程接收到数据之后，又发送IPC消息给浏览器进程，告诉浏览器进程导航已经提交了，页面开始加载。

  这个时候导航栏会更新，安全指示符更新（地址前面的小锁），访问历史列表（history tab）更新，即可以通过前进后退来切换该页面。

  第六步：初始化加载完成

  当导航提交完成后，渲染进程开始加载资源及渲染页面（详细内容下文介绍），当页面渲染完成后（页面及内部的iframe都触发了onload事件），会向浏览器进程发送IPC消息，告知浏览器进程，这个时候UI thread会停止展示tab中的加载中图标。

  网页渲染原理

  导航过程完成之后，浏览器进程把数据交给了渲染进程，渲染进程负责tab内的所有事情，核心目的就是将HTML/CSS/JS代码，转化为用户可进行交互的web页面。那么渲染进程是如何工作的呢？

  渲染进程中，包含线程分别是：

  不同的线程，有着不同的工作职责。

  构建DOM

  当渲染进程接受到导航的确认信息后，开始接受来自浏览器进程的数据，这个时候，主线程会解析数据转化为DOM（Document Object Model）对象。

  DOM为WEB开发人员通过JavaScript与网页进行交互的数据结构及API。

  资源子加载

  在构建DOM的过程中，会解析到图片、CSS、JavaScript脚本等资源，这些资源是需要从网络或者缓存中获取的，主线程在构建DOM过程中如果遇到了这些资源，逐一发起请求去获取，而为了提升效率，浏览器也会运行预加载扫描（preload scanner）程序，如果如果HTML中存在img、link等标签，预加载扫描程序会把这些请求传递给Browser Process的network thread进行资源下载。

  JavaScript的下载与执行

  构建DOM过程中，如果遇到