【浏览器原理-1】体系结构

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进程和线程

基本概念

1. 进程：一个进程就是一个程序的运行实例。
2. 线程：并发调度的基本单位。线程是由进程启动和管理的，但它不能单独存在。

几个要点

1. 进程中的任意一线程执行出错，都会导致整个进程的崩溃。
2. 线程之间共享进程的数据。
3. 当一个进程关闭之后，操作系统会回收进程所占用的内存。哪怕是其中某个线程发生了内存泄漏。
4. 进程与进程之间的内容相互隔离，需要通过 IPC 机制进行通信。

单进程浏览器模型

介绍

顾名思义，单进程浏览器的各个部分都运行在一个进程里。渲染、插件、JavaScript、页面等各个模块则以线程的形式存在。

单进程浏览器一般分为下面的线程：

• 网络线程
• 页面线程：页面渲染、展现、JS 执行、插件
• 其他线程

三大问题

1. 不稳定：浏览器插件和页面渲染之类的内容很容易崩溃。上面说过，单个线程出错都会导致整个进程的崩溃。如果浏览器有多个标签，那么只要一个标签页崩溃了，整个浏览器也就崩溃了。
2. 不流畅：
   • 页面之类的代码都集中在一个线程，这意味着同一时间只有一个模块在执行操作。一旦执行一些耗时的 JS 代码，页面会出现卡顿。
   • 页面关闭时，有时候内存没有完全释放，导致内存泄漏，进而导致浏览器卡顿。
3. 不安全：插件可以执行一些系统级别的操作；而页面和 JS 代码可以通过利用浏览器的安全漏洞来执行一些系统级别的操作。这对于用户电脑是非常危险的。

早期多进程架构

介绍

在这种体系架构里面，一个浏览器运行则拥有多个进程。常见的进程：

• 插件进程（多个）：执行插件的代码
• 渲染进程（多个）：负责页面的解析和渲染，执行 JS 代码。一个页面通常有一个渲染进程。
• 浏览器主进程：页面展示、用户交互、下载资源、管理文件、管理 IPC 等

其中，插件进程 和 渲染进程 运行在沙箱中，无法直接进行系统级别的操作（如文件读写）。

解决三大问题

1. 不稳定：不同的页面运行在不同的进程，一个页面崩溃不会影响另一个页面。插件同理。
2. 不流畅：
   • 不同的页面运行在不同的进程，对应页面如果卡死，只会影响那一个页面，其他页面则不受影响。
   • 同样，一个页面关闭以后，对应的渲染进程就结束了，自然对应的页面就不存在内存泄漏这个问题了。
3. 不安全：远程代码都是运行在沙箱环境中，恶意代码就无法执行系统基本的操作。

现代多进程架构

目前的 Chrome 浏览器包含以下部分：

• 1 个浏览器主进程
• 1 个 GPU 进程
• 1 个网络进程
• 多个渲染进程
• 多个插件进程

其中渲染进程和插件进程运行在安全沙箱下。

各个进程的职责

浏览器进程

1. 界面显示、用户交互、子进程管理
2. 提供存储等功能

渲染进程

1. 核心任务是将 HTML、CSS 和 JavaScript 转换为用户可以与之交互的网页
2. 排版引擎 Blink 和 JavaScript 引擎 V8 都是运行在该进程中
3. 默认情况下，Chrome 会为每个 Tab 标签创建一个渲染进程

GPU 进程

1. 绘制 UI 界面

网络进程

1. 主要负责页面的网络资源加载

插件进程

1. 负责插件的运行

多进程架构的缺点

1. 更高资源的占用：相同的模块可能会被创建多个进程，其中一些公共结构是冗余的。
2. 更复杂的体系结构：各模块直接耦合性高、可拓展性差。

面向服务的架构

2016 年，Chrome 官方团队使用“面向服务的架构”（Services Oriented Architecture，简称 SOA）的思想设计了新的 Chrome 架构。

原来的各种模块会被重构成独立的服务（Service），每个服务（Service）都可以在独立的进程中运行，访问服务（Service）必须使用定义好的接口，通过 IPC 来通信，从而构建一个更内聚、松耦合、易于维护和扩展的系统，更好实现 Chrome 简单、稳定、高速、安全的目标。

Chrome 还提供灵活的弹性架构，在强大性能设备上会以多进程的方式运行基础服务，但是如果在资源受限的设备上，会将一些服务整合到一个进程中。