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JavaScript 瀏覽器模型概述

2023-03-20 15:46 更新

JavaScript 是瀏覽器的內(nèi)置腳本語言。也就是說，瀏覽器內(nèi)置了 JavaScript 引擎，并且提供各種接口，讓 JavaScript 腳本可以控制瀏覽器的各種功能。一旦網(wǎng)頁內(nèi)嵌了 JavaScript 腳本，瀏覽器加載網(wǎng)頁，就會去執(zhí)行腳本，從而達到操作瀏覽器的目的，實現(xiàn)網(wǎng)頁的各種動態(tài)效果。

本章開始介紹瀏覽器提供的各種 JavaScript 接口。首先，介紹 JavaScript 代碼嵌入網(wǎng)頁的方法。

代碼嵌入網(wǎng)頁的方法 

網(wǎng)頁中嵌入 JavaScript 代碼，主要有四種方法。

  • <script>元素直接嵌入代碼。
  • <script>標簽加載外部腳本
  • 事件屬性
  • URL 協(xié)議

script 元素嵌入代碼 

<script>元素內(nèi)部可以直接寫入 JavaScript 代碼。

<script>
  var x = 1 + 5;
  console.log(x);
</script>

<script>標簽有一個type屬性，用來指定腳本類型。對 JavaScript 腳本來說，type屬性可以設為兩種值。

  • text/javascript：這是默認值，也是歷史上一貫設定的值。如果你省略type屬性，默認就是這個值。對于老式瀏覽器，設為這個值比較好。
  • application/javascript：對于較新的瀏覽器，建議設為這個值。
<script type="application/javascript">
  console.log('Hello World');
</script>

由于<script>標簽默認就是 JavaScript 代碼。所以，嵌入 JavaScript 腳本時，type屬性可以省略。

如果type屬性的值，瀏覽器不認識，那么它不會執(zhí)行其中的代碼。利用這一點，可以在<script>標簽之中嵌入任意的文本內(nèi)容，只要加上一個瀏覽器不認識的type屬性即可。

<script id="mydata" type="x-custom-data">
  console.log('Hello World');
</script>

上面的代碼，瀏覽器不會執(zhí)行，也不會顯示它的內(nèi)容，因為不認識它的type屬性。但是，這個<script>節(jié)點依然存在于 DOM 之中，可以使用<script>節(jié)點的text屬性讀出它的內(nèi)容。

document.getElementById('mydata').text
//   console.log('Hello World');

script 元素加載外部腳本 

<script>標簽也可以指定加載外部的腳本文件。

<script src="https://www.example.com/script.js" rel="external nofollow"  rel="external nofollow" ></script>

如果腳本文件使用了非英語字符，還應該注明字符的編碼。

<script charset="utf-8" src="https://www.example.com/script.js" rel="external nofollow"  rel="external nofollow" ></script>

所加載的腳本必須是純的 JavaScript 代碼，不能有HTML代碼和<script>標簽。

加載外部腳本和直接添加代碼塊，這兩種方法不能混用。下面代碼的console.log語句直接被忽略。

<script charset="utf-8" src="example.js">
  console.log('Hello World!');
</script>

為了防止攻擊者篡改外部腳本，script標簽允許設置一個integrity屬性，寫入該外部腳本的 Hash 簽名，用來驗證腳本的一致性。

<script src="/assets/application.js"
  integrity="sha256-TvVUHzSfftWg1rcfL6TIJ0XKEGrgLyEq6lEpcmrG9qs=">
</script>

上面代碼中，script標簽有一個integrity屬性，指定了外部腳本/assets/application.js的 SHA256 簽名。一旦有人改了這個腳本，導致 SHA256 簽名不匹配，瀏覽器就會拒絕加載。

事件屬性 

網(wǎng)頁元素的事件屬性（比如onclick和onmouseover），可以寫入 JavaScript 代碼。當指定事件發(fā)生時，就會調(diào)用這些代碼。

<button id="myBtn" onclick="console.log(this.id)">點擊</button>

上面的事件屬性代碼只有一個語句。如果有多個語句，使用分號分隔即可。

URL 協(xié)議 

URL 支持javascript:協(xié)議，即在 URL 的位置寫入代碼，使用這個 URL 的時候就會執(zhí)行 JavaScript 代碼。

<a href="javascript:console.log('Hello')">點擊</a>

瀏覽器的地址欄也可以執(zhí)行javascript:協(xié)議。將javascript:console.log('Hello')放入地址欄，按回車鍵也會執(zhí)行這段代碼。

如果 JavaScript 代碼返回一個字符串，瀏覽器就會新建一個文檔，展示這個字符串的內(nèi)容，原有文檔的內(nèi)容都會消失。

<a href="javascript: new Date().toLocaleTimeString();">點擊</a>

上面代碼中，用戶點擊鏈接以后，會打開一個新文檔，里面有當前時間。

如果返回的不是字符串，那么瀏覽器不會新建文檔，也不會跳轉(zhuǎn)。

<a href="javascript: console.log(new Date().toLocaleTimeString())">點擊</a>

上面代碼中，用戶點擊鏈接后，網(wǎng)頁不會跳轉(zhuǎn)，只會在控制臺顯示當前時間。

javascript:協(xié)議的常見用途是書簽腳本 Bookmarklet。由于瀏覽器的書簽保存的是一個網(wǎng)址，所以javascript:網(wǎng)址也可以保存在里面，用戶選擇這個書簽的時候，就會在當前頁面執(zhí)行這個腳本。為了防止書簽替換掉當前文檔，可以在腳本前加上void，或者在腳本最后加上void 0。

<a href="javascript: void new Date().toLocaleTimeString();">點擊</a>
<a href="javascript: new Date().toLocaleTimeString();void 0;">點擊</a>

上面這兩種寫法，點擊鏈接后，執(zhí)行代碼都不會網(wǎng)頁跳轉(zhuǎn)。

script 元素 

工作原理 

瀏覽器加載 JavaScript 腳本，主要通過<script>元素完成。正常的網(wǎng)頁加載流程是這樣的。

  1. 瀏覽器一邊下載 HTML 網(wǎng)頁，一邊開始解析。也就是說，不等到下載完，就開始解析。
  2. 解析過程中，瀏覽器發(fā)現(xiàn)<script>元素，就暫停解析，把網(wǎng)頁渲染的控制權轉(zhuǎn)交給 JavaScript 引擎。
  3. 如果<script>元素引用了外部腳本，就下載該腳本再執(zhí)行，否則就直接執(zhí)行代碼。
  4. JavaScript 引擎執(zhí)行完畢，控制權交還渲染引擎，恢復往下解析 HTML 網(wǎng)頁。

加載外部腳本時，瀏覽器會暫停頁面渲染，等待腳本下載并執(zhí)行完成后，再繼續(xù)渲染。原因是 JavaScript 代碼可以修改 DOM，所以必須把控制權讓給它，否則會導致復雜的線程競賽的問題。

如果外部腳本加載時間很長（一直無法完成下載），那么瀏覽器就會一直等待腳本下載完成，造成網(wǎng)頁長時間失去響應，瀏覽器就會呈現(xiàn)“假死”狀態(tài)，這被稱為“阻塞效應”。

為了避免這種情況，較好的做法是將<script>標簽都放在頁面底部，而不是頭部。這樣即使遇到腳本失去響應，網(wǎng)頁主體的渲染也已經(jīng)完成了，用戶至少可以看到內(nèi)容，而不是面對一張空白的頁面。如果某些腳本代碼非常重要，一定要放在頁面頭部的話，最好直接將代碼寫入頁面，而不是連接外部腳本文件，這樣能縮短加載時間。

腳本文件都放在網(wǎng)頁尾部加載，還有一個好處。因為在 DOM 結構生成之前就調(diào)用 DOM 節(jié)點，JavaScript 會報錯，如果腳本都在網(wǎng)頁尾部加載，就不存在這個問題，因為這時 DOM 肯定已經(jīng)生成了。

<head>
  <script>
    console.log(document.body.innerHTML);
  </script>
</head>
<body>
</body>

上面代碼執(zhí)行時會報錯，因為此時document.body元素還未生成。

一種解決方法是設定DOMContentLoaded事件的回調(diào)函數(shù)。

<head>
  <script>
    document.addEventListener(
      'DOMContentLoaded',
      function (event) {
        console.log(document.body.innerHTML);
      }
    );
  </script>
</head>

上面代碼中，指定DOMContentLoaded事件發(fā)生后，才開始執(zhí)行相關代碼。DOMContentLoaded事件只有在 DOM 結構生成之后才會觸發(fā)。

另一種解決方法是，使用<script>標簽的onload屬性。當<script>標簽指定的外部腳本文件下載和解析完成，會觸發(fā)一個load事件，可以把所需執(zhí)行的代碼，放在這個事件的回調(diào)函數(shù)里面。

<script src="jquery.min.js" onload="console.log(document.body.innerHTML)">
</script>

但是，如果將腳本放在頁面底部，就可以完全按照正常的方式寫，上面兩種方式都不需要。

<body>
  <!-- 其他代碼  -->
  <script>
    console.log(document.body.innerHTML);
  </script>
</body>

如果有多個script標簽，比如下面這樣。

<script src="a.js"></script>
<script src="b.js"></script>

瀏覽器會同時并行下載a.js和b.js，但是，執(zhí)行時會保證先執(zhí)行a.js，然后再執(zhí)行b.js，即使后者先下載完成，也是如此。也就是說，腳本的執(zhí)行順序由它們在頁面中的出現(xiàn)順序決定，這是為了保證腳本之間的依賴關系不受到破壞。當然，加載這兩個腳本都會產(chǎn)生“阻塞效應”，必須等到它們都加載完成，瀏覽器才會繼續(xù)頁面渲染。

解析和執(zhí)行 CSS，也會產(chǎn)生阻塞。Firefox 瀏覽器會等到腳本前面的所有樣式表，都下載并解析完，再執(zhí)行腳本；Webkit則是一旦發(fā)現(xiàn)腳本引用了樣式，就會暫停執(zhí)行腳本，等到樣式表下載并解析完，再恢復執(zhí)行。

此外，對于來自同一個域名的資源，比如腳本文件、樣式表文件、圖片文件等，瀏覽器一般有限制，同時最多下載6～20個資源，即最多同時打開的 TCP 連接有限制，這是為了防止對服務器造成太大壓力。如果是來自不同域名的資源，就沒有這個限制。所以，通常把靜態(tài)文件放在不同的域名之下，以加快下載速度。

defer 屬性 

為了解決腳本文件下載阻塞網(wǎng)頁渲染的問題，一個方法是對<script>元素加入defer屬性。它的作用是延遲腳本的執(zhí)行，等到 DOM 加載生成后，再執(zhí)行腳本。

<script src="a.js" defer></script>
<script src="b.js" defer></script>

上面代碼中，只有等到 DOM 加載完成后，才會執(zhí)行a.js和b.js。

defer屬性的運行流程如下。

  1. 瀏覽器開始解析 HTML 網(wǎng)頁。
  2. 解析過程中，發(fā)現(xiàn)帶有defer屬性的<script>元素。
  3. 瀏覽器繼續(xù)往下解析 HTML 網(wǎng)頁，同時并行下載<script>元素加載的外部腳本。
  4. 瀏覽器完成解析 HTML 網(wǎng)頁，此時再回過頭執(zhí)行已經(jīng)下載完成的腳本。

有了defer屬性，瀏覽器下載腳本文件的時候，不會阻塞頁面渲染。下載的腳本文件在DOMContentLoaded事件觸發(fā)前執(zhí)行（即剛剛讀取完</html>標簽），而且可以保證執(zhí)行順序就是它們在頁面上出現(xiàn)的順序。

對于內(nèi)置而不是加載外部腳本的script標簽，以及動態(tài)生成的script標簽，defer屬性不起作用。另外，使用defer加載的外部腳本不應該使用document.write方法。

async 屬性 

解決“阻塞效應”的另一個方法是對<script>元素加入async屬性。

<script src="a.js" async></script>
<script src="b.js" async></script>

async屬性的作用是，使用另一個進程下載腳本，下載時不會阻塞渲染。

  1. 瀏覽器開始解析 HTML 網(wǎng)頁。
  2. 解析過程中，發(fā)現(xiàn)帶有async屬性的script標簽。
  3. 瀏覽器繼續(xù)往下解析 HTML 網(wǎng)頁，同時并行下載<script>標簽中的外部腳本。
  4. 腳本下載完成，瀏覽器暫停解析 HTML 網(wǎng)頁，開始執(zhí)行下載的腳本。
  5. 腳本執(zhí)行完畢，瀏覽器恢復解析 HTML 網(wǎng)頁。

async屬性可以保證腳本下載的同時，瀏覽器繼續(xù)渲染。需要注意的是，一旦采用這個屬性，就無法保證腳本的執(zhí)行順序。哪個腳本先下載結束，就先執(zhí)行那個腳本。另外，使用async屬性的腳本文件里面的代碼，不應該使用document.write方法。

defer屬性和async屬性到底應該使用哪一個？

一般來說，如果腳本之間沒有依賴關系，就使用async屬性，如果腳本之間有依賴關系，就使用defer屬性。如果同時使用async和defer屬性，后者不起作用，瀏覽器行為由async屬性決定。

腳本的動態(tài)加載 

<script>元素還可以動態(tài)生成，生成后再插入頁面，從而實現(xiàn)腳本的動態(tài)加載。

['a.js', 'b.js'].forEach(function(src) {
  var script = document.createElement('script');
  script.src = src;
  document.head.appendChild(script);
});

這種方法的好處是，動態(tài)生成的script標簽不會阻塞頁面渲染，也就不會造成瀏覽器假死。但是問題在于，這種方法無法保證腳本的執(zhí)行順序，哪個腳本文件先下載完成，就先執(zhí)行哪個。

如果想避免這個問題，可以設置async屬性為false。

['a.js', 'b.js'].forEach(function(src) {
  var script = document.createElement('script');
  script.src = src;
  script.async = false;
  document.head.appendChild(script);
});

上面的代碼不會阻塞頁面渲染，而且可以保證b.js在a.js后面執(zhí)行。不過需要注意的是，在這段代碼后面加載的腳本文件，會因此都等待b.js執(zhí)行完成后再執(zhí)行。

如果想為動態(tài)加載的腳本指定回調(diào)函數(shù)，可以使用下面的寫法。

function loadScript(src, done) {
  var js = document.createElement('script');
  js.src = src;
  js.onload = function() {
    done();
  };
  js.onerror = function() {
    done(new Error('Failed to load script ' + src));
  };
  document.head.appendChild(js);
}

加載使用的協(xié)議 

如果不指定協(xié)議，瀏覽器默認采用 HTTP 協(xié)議下載。

<script src="example.js"></script>

上面的example.js默認就是采用 HTTP 協(xié)議下載，如果要采用 HTTPS 協(xié)議下載，必需寫明。

<script src="https://example.js" rel="external nofollow" ></script>

但是有時我們會希望，根據(jù)頁面本身的協(xié)議來決定加載協(xié)議，這時可以采用下面的寫法。

<script src="http://example.js" rel="external nofollow" ></script>

瀏覽器的組成 

瀏覽器的核心是兩部分：渲染引擎和 JavaScript 解釋器（又稱 JavaScript 引擎）。

渲染引擎 

渲染引擎的主要作用是，將網(wǎng)頁代碼渲染為用戶視覺可以感知的平面文檔。

不同的瀏覽器有不同的渲染引擎。

  • Firefox：Gecko 引擎
  • Safari：WebKit 引擎
  • Chrome：Blink 引擎
  • IE: Trident 引擎
  • Edge: EdgeHTML 引擎

渲染引擎處理網(wǎng)頁，通常分成四個階段。

  1. 解析代碼：HTML 代碼解析為 DOM，CSS 代碼解析為 CSSOM（CSS Object Model）。
  2. 對象合成：將 DOM 和 CSSOM 合成一棵渲染樹（render tree）。
  3. 布局：計算出渲染樹的布局（layout）。
  4. 繪制：將渲染樹繪制到屏幕。

以上四步并非嚴格按順序執(zhí)行，往往第一步還沒完成，第二步和第三步就已經(jīng)開始了。所以，會看到這種情況：網(wǎng)頁的 HTML 代碼還沒下載完，但瀏覽器已經(jīng)顯示出內(nèi)容了。

重流和重繪 

渲染樹轉(zhuǎn)換為網(wǎng)頁布局，稱為“布局流”（flow）；布局顯示到頁面的這個過程，稱為“繪制”（paint）。它們都具有阻塞效應，并且會耗費很多時間和計算資源。

頁面生成以后，腳本操作和樣式表操作，都會觸發(fā)“重流”（reflow）和“重繪”（repaint）。用戶的互動也會觸發(fā)重流和重繪，比如設置了鼠標懸停（a:hover）效果、頁面滾動、在輸入框中輸入文本、改變窗口大小等等。

重流和重繪并不一定一起發(fā)生，重流必然導致重繪，重繪不一定需要重流。比如改變元素顏色，只會導致重繪，而不會導致重流；改變元素的布局，則會導致重繪和重流。

大多數(shù)情況下，瀏覽器會智能判斷，將重流和重繪只限制到相關的子樹上面，最小化所耗費的代價，而不會全局重新生成網(wǎng)頁。

作為開發(fā)者，應該盡量設法降低重繪的次數(shù)和成本。比如，盡量不要變動高層的 DOM 元素，而以底層 DOM 元素的變動代替；再比如，重繪table布局和flex布局，開銷都會比較大。

var foo = document.getElementById('foobar');

foo.style.color = 'blue';
foo.style.marginTop = '30px';

上面的代碼只會導致一次重繪，因為瀏覽器會累積 DOM 變動，然后一次性執(zhí)行。

下面是一些優(yōu)化技巧。

  • 讀取 DOM 或者寫入 DOM，盡量寫在一起，不要混雜。不要讀取一個 DOM 節(jié)點，然后立刻寫入，接著再讀取一個 DOM 節(jié)點。
  • 緩存 DOM 信息。
  • 不要一項一項地改變樣式，而是使用 CSS class 一次性改變樣式。
  • 使用documentFragment操作 DOM
  • 動畫使用absolute定位或fixed定位，這樣可以減少對其他元素的影響。
  • 只在必要時才顯示隱藏元素。
  • 使用window.requestAnimationFrame()，因為它可以把代碼推遲到下一次重繪之前執(zhí)行，而不是立即要求頁面重繪。
  • 使用虛擬 DOM（virtual DOM）庫。

下面是一個window.requestAnimationFrame()對比效果的例子。

// 重流代價高
function doubleHeight(element) {
  var currentHeight = element.clientHeight;
  element.style.height = (currentHeight * 2) + 'px';
}

all_my_elements.forEach(doubleHeight);

// 重繪代價低
function doubleHeight(element) {
  var currentHeight = element.clientHeight;

  window.requestAnimationFrame(function () {
    element.style.height = (currentHeight * 2) + 'px';
  });
}

all_my_elements.forEach(doubleHeight);

上面的第一段代碼，每讀一次 DOM，就寫入新的值，會造成不停的重排和重流。第二段代碼把所有的寫操作，都累積在一起，從而 DOM 代碼變動的代價就最小化了。

JavaScript 引擎 

JavaScript 引擎的主要作用是，讀取網(wǎng)頁中的 JavaScript 代碼，對其處理后運行。

JavaScript 是一種解釋型語言，也就是說，它不需要編譯，由解釋器實時運行。這樣的好處是運行和修改都比較方便，刷新頁面就可以重新解釋；缺點是每次運行都要調(diào)用解釋器，系統(tǒng)開銷較大，運行速度慢于編譯型語言。

為了提高運行速度，目前的瀏覽器都將 JavaScript 進行一定程度的編譯，生成類似字節(jié)碼（bytecode）的中間代碼，以提高運行速度。

早期，瀏覽器內(nèi)部對 JavaScript 的處理過程如下：

  1. 讀取代碼，進行詞法分析（Lexical analysis），將代碼分解成詞元（token）。
  2. 對詞元進行語法分析（parsing），將代碼整理成“語法樹”（syntax tree）。
  3. 使用“翻譯器”（translator），將代碼轉(zhuǎn)為字節(jié)碼（bytecode）。
  4. 使用“字節(jié)碼解釋器”（bytecode interpreter），將字節(jié)碼轉(zhuǎn)為機器碼。

逐行解釋將字節(jié)碼轉(zhuǎn)為機器碼，是很低效的。為了提高運行速度，現(xiàn)代瀏覽器改為采用“即時編譯”（Just In Time compiler，縮寫 JIT），即字節(jié)碼只在運行時編譯，用到哪一行就編譯哪一行，并且把編譯結果緩存（inline cache）。通常，一個程序被經(jīng)常用到的，只是其中一小部分代碼，有了緩存的編譯結果，整個程序的運行速度就會顯著提升。

字節(jié)碼不能直接運行，而是運行在一個虛擬機（Virtual Machine）之上，一般也把虛擬機稱為 JavaScript 引擎。并非所有的 JavaScript 虛擬機運行時都有字節(jié)碼，有的 JavaScript 虛擬機基于源碼，即只要有可能，就通過 JIT（just in time）編譯器直接把源碼編譯成機器碼運行，省略字節(jié)碼步驟。這一點與其他采用虛擬機（比如 Java）的語言不盡相同。這樣做的目的，是為了盡可能地優(yōu)化代碼、提高性能。下面是目前最常見的一些 JavaScript 虛擬機：

參考鏈接 


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