# 浏览器环境概述 JavaScript 是浏览器的内置脚本语言。也就是说，浏览器内置了 JavaScript 引擎，并且提供各种接口，让 JavaScript 脚本可以控制浏览器的各种功能。一旦网页内嵌了 JavaScript 脚本，浏览器加载网页，就会去执行脚本，从而达到操作浏览器的目的，实现网页的各种动态效果。本章开始介绍浏览器提供的各种 JavaScript 接口。首先，介绍 JavaScript 代码嵌入网页的方法。 ## 代码嵌入网页的方法网页中嵌入 JavaScript 代码，主要有四种方法。 - ` ``` ` ``` 由于` ``` 上面的代码，浏览器不会执行，也不会显示它的内容，因为不认识它的`type`属性。但是，这个` ``` 如果脚本文件使用了非英语字符，还应该注明字符的编码。 ```html ``` 所加载的脚本必须是纯的 JavaScript 代码，不能有`HTML`代码和` ``` 为了防止攻击者篡改外部脚本，`script`标签允许设置一个`integrity`属性，写入该外部脚本的 Hash 签名，用来验证脚本的一致性。 ```html ``` 上面代码中，`script`标签有一个`integrity`属性，指定了外部脚本`/assets/application.js`的 SHA256 签名。一旦有人改了这个脚本，导致 SHA256 签名不匹配，浏览器就会拒绝加载。 ### 事件属性网页元素的事件属性（比如`onclick`和`onmouseover`），可以写入 JavaScript 代码。当指定事件发生时，就会调用这些代码。 ```html ``` 上面的事件属性代码只有一个语句。如果有多个语句，使用分号分隔即可。 ### URL 协议 URL 支持`javascript:`协议，即在 URL 的位置写入代码，使用这个 URL 的时候就会执行 JavaScript 代码。 ```html 点击 ``` 浏览器的地址栏也可以执行`javascript:`协议。将`javascript:console.log('Hello')`放入地址栏，按回车键也会执行这段代码。如果 JavaScript 代码返回一个字符串，浏览器就会新建一个文档，展示这个字符串的内容，原有文档的内容都会消失。 ```html 点击 ``` 上面代码中，用户点击链接以后，会打开一个新文档，里面有当前时间。如果返回的不是字符串，那么浏览器不会新建文档，也不会跳转。 ```javascript 点击 ``` 上面代码中，用户点击链接后，网页不会跳转，只会在控制台显示当前时间。 `javascript:`协议的常见用途是书签脚本 Bookmarklet。由于浏览器的书签保存的是一个网址，所以`javascript:`网址也可以保存在里面，用户选择这个书签的时候，就会在当前页面执行这个脚本。为了防止书签替换掉当前文档，可以在脚本前加上`void`，或者在脚本最后加上`void 0`。 ```html 点击点击 ``` 上面这两种写法，点击链接后，执行代码都不会网页跳转。 ## script 元素 ### 工作原理浏览器加载 JavaScript 脚本，主要通过` ``` 上面代码执行时会报错，因为此时`document.body`元素还未生成。一种解决方法是设定`DOMContentLoaded`事件的回调函数。 ```html ``` 上面代码中，指定`DOMContentLoaded`事件发生后，才开始执行相关代码。`DOMContentLoaded`事件只有在 DOM 结构生成之后才会触发。另一种解决方法是，使用` ``` 但是，如果将脚本放在页面底部，就可以完全按照正常的方式写，上面两种方式都不需要。 ```html ``` 如果有多个`script`标签，比如下面这样。 ```html ``` 浏览器会同时并行下载`a.js`和`b.js`，但是，执行时会保证先执行`a.js`，然后再执行`b.js`，即使后者先下载完成，也是如此。也就是说，脚本的执行顺序由它们在页面中的出现顺序决定，这是为了保证脚本之间的依赖关系不受到破坏。当然，加载这两个脚本都会产生“阻塞效应”，必须等到它们都加载完成，浏览器才会继续页面渲染。解析和执行 CSS，也会产生阻塞。Firefox 浏览器会等到脚本前面的所有样式表，都下载并解析完，再执行脚本；Webkit则是一旦发现脚本引用了样式，就会暂停执行脚本，等到样式表下载并解析完，再恢复执行。此外，对于来自同一个域名的资源，比如脚本文件、样式表文件、图片文件等，浏览器一般有限制，同时最多下载6～20个资源，即最多同时打开的 TCP 连接有限制，这是为了防止对服务器造成太大压力。如果是来自不同域名的资源，就没有这个限制。所以，通常把静态文件放在不同的域名之下，以加快下载速度。 ### defer 属性为了解决脚本文件下载阻塞网页渲染的问题，一个方法是对` ``` 上面代码中，只有等到 DOM 加载完成后，才会执行`a.js`和`b.js`。 `defer`属性的运行流程如下。 1. 浏览器开始解析 HTML 网页。 2. 解析过程中，发现带有`defer`属性的` ``` `async`属性的作用是，使用另一个进程下载脚本，下载时不会阻塞渲染。 1. 浏览器开始解析 HTML 网页。 2. 解析过程中，发现带有`async`属性的`script`标签。 3. 浏览器继续往下解析 HTML 网页，同时并行下载` ``` 上面的`example.js`默认就是采用 HTTP 协议下载，如果要采用 HTTPS 协议下载，必需写明。 ```html ``` 但是有时我们会希望，根据页面本身的协议来决定加载协议，这时可以采用下面的写法。 ```html ``` ## 浏览器的组成浏览器的核心是两部分：渲染引擎和 JavaScript 解释器（又称 JavaScript 引擎）。 ### 渲染引擎渲染引擎的主要作用是，将网页代码渲染为用户视觉可以感知的平面文档。不同的浏览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 引擎渲染引擎处理网页，通常分成四个阶段。 1. 解析代码：HTML 代码解析为 DOM，CSS 代码解析为 CSSOM（CSS Object Model）。 2. 对象合成：将 DOM 和 CSSOM 合成一棵渲染树（render tree）。 3. 布局：计算出渲染树的布局（layout）。 4. 绘制：将渲染树绘制到屏幕。以上四步并非严格按顺序执行，往往第一步还没完成，第二步和第三步就已经开始了。所以，会看到这种情况：网页的 HTML 代码还没下载完，但浏览器已经显示出内容了。 ### 重流和重绘渲染树转换为网页布局，称为“布局流”（flow）；布局显示到页面的这个过程，称为“绘制”（paint）。它们都具有阻塞效应，并且会耗费很多时间和计算资源。页面生成以后，脚本操作和样式表操作，都会触发“重流”（reflow）和“重绘”（repaint）。用户的互动也会触发重流和重绘，比如设置了鼠标悬停（`a:hover`）效果、页面滚动、在输入框中输入文本、改变窗口大小等等。重流和重绘并不一定一起发生，重流必然导致重绘，重绘不一定需要重流。比如改变元素颜色，只会导致重绘，而不会导致重流；改变元素的布局，则会导致重绘和重流。大多数情况下，浏览器会智能判断，将重流和重绘只限制到相关的子树上面，最小化所耗费的代价，而不会全局重新生成网页。作为开发者，应该尽量设法降低重绘的次数和成本。比如，尽量不要变动高层的 DOM 元素，而以底层 DOM 元素的变动代替；再比如，重绘`table`布局和`flex`布局，开销都会比较大。 ```javascript var foo = document.getElementById('foobar'); foo.style.color = 'blue'; foo.style.marginTop = '30px'; ``` 上面的代码只会导致一次重绘，因为浏览器会累积 DOM 变动，然后一次性执行。下面是一些优化技巧。 - 读取 DOM 或者写入 DOM，尽量写在一起，不要混杂。不要读取一个 DOM 节点，然后立刻写入，接着再读取一个 DOM 节点。 - 缓存 DOM 信息。 - 不要一项一项地改变样式，而是使用 CSS class 一次性改变样式。 - 使用`documentFragment`操作 DOM - 动画使用`absolute`定位或`fixed`定位，这样可以减少对其他元素的影响。 - 只在必要时才显示隐藏元素。 - 使用`window.requestAnimationFrame()`，因为它可以把代码推迟到下一次重绘之前执行，而不是立即要求页面重绘。 - 使用虚拟 DOM（virtual DOM）库。下面是一个`window.requestAnimationFrame()`对比效果的例子。 ```javascript // 重流代价高 function doubleHeight(element) { var currentHeight = element.clientHeight; element.style.height = (currentHeight * 2) + 'px'; } all_my_elements.forEach(doubleHeight); // 重绘代价低 function doubleHeight(element) { var currentHeight = element.clientHeight; window.requestAnimationFrame(function () { element.style.height = (currentHeight * 2) + 'px'; }); } all_my_elements.forEach(doubleHeight); ``` 上面的第一段代码，每读一次 DOM，就写入新的值，会造成不停的重排和重流。第二段代码把所有的写操作，都累积在一起，从而 DOM 代码变动的代价就最小化了。 ### JavaScript 引擎 JavaScript 引擎的主要作用是，读取网页中的 JavaScript 代码，对其处理后运行。 JavaScript 是一种解释型语言，也就是说，它不需要编译，由解释器实时运行。这样的好处是运行和修改都比较方便，刷新页面就可以重新解释；缺点是每次运行都要调用解释器，系统开销较大，运行速度慢于编译型语言。为了提高运行速度，目前的浏览器都将 JavaScript 进行一定程度的编译，生成类似字节码（bytecode）的中间代码，以提高运行速度。早期，浏览器内部对 JavaScript 的处理过程如下： 1. 读取代码，进行词法分析（Lexical analysis），将代码分解成词元（token）。 2. 对词元进行语法分析（parsing），将代码整理成“语法树”（syntax tree）。 3. 使用“翻译器”（translator），将代码转为字节码（bytecode）。 4. 使用“字节码解释器”（bytecode interpreter），将字节码转为机器码。逐行解释将字节码转为机器码，是很低效的。为了提高运行速度，现代浏览器改为采用“即时编译”（Just In Time compiler，缩写 JIT），即字节码只在运行时编译，用到哪一行就编译哪一行，并且把编译结果缓存（inline cache）。通常，一个程序被经常用到的，只是其中一小部分代码，有了缓存的编译结果，整个程序的运行速度就会显著提升。字节码不能直接运行，而是运行在一个虚拟机（Virtual Machine）之上，一般也把虚拟机称为 JavaScript 引擎。并非所有的 JavaScript 虚拟机运行时都有字节码，有的 JavaScript 虚拟机基于源码，即只要有可能，就通过 JIT（just in time）编译器直接把源码编译成机器码运行，省略字节码步骤。这一点与其他采用虚拟机（比如 Java）的语言不尽相同。这样做的目的，是为了尽可能地优化代码、提高性能。下面是目前最常见的一些 JavaScript 虚拟机： - [Chakra](https://en.wikipedia.org/wiki/Chakra_(JScript_engine)) (Microsoft Internet Explorer) - [Nitro/JavaScript Core](http://en.wikipedia.org/wiki/WebKit#JavaScriptCore) (Safari) - [Carakan](http://dev.opera.com/articles/view/labs-carakan/) (Opera) - [SpiderMonkey](https://developer.mozilla.org/en-US/docs/SpiderMonkey) (Firefox) - [V8](https://en.wikipedia.org/wiki/Chrome_V8) (Chrome, Chromium) ## 参考链接 - John Dalziel, [The race for speed part 2: How JavaScript compilers work](http://creativejs.com/2013/06/the-race-for-speed-part-2-how-javascript-compilers-work/) - Jake Archibald, [Deep dive into the murky waters of script loading](http://www.html5rocks.com/en/tutorials/speed/script-loading/) - Mozilla Developer Network, [window.setTimeout](https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/API/window.setTimeout) - Remy Sharp, [Throttling function calls](http://remysharp.com/2010/07/21/throttling-function-calls/) - Ayman Farhat, [An alternative to JavaScript's evil setInterval](http://www.thecodeship.com/web-development/alternative-to-javascript-evil-setinterval/) - Ilya Grigorik, [Script-injected "async scripts" considered harmful](https://www.igvita.com/2014/05/20/script-injected-async-scripts-considered-harmful/) - Axel Rauschmayer, [ECMAScript 6 promises (1/2): foundations](http://www.2ality.com/2014/09/es6-promises-foundations.html) - Daniel Imms, [async vs defer attributes](http://www.growingwiththeweb.com/2014/02/async-vs-defer-attributes.html) - Craig Buckler, [Load Non-blocking JavaScript with HTML5 Async and Defer](http://www.sitepoint.com/non-blocking-async-defer/) - Domenico De Felice, [How browsers work](https://domenicodefelice.blogspot.com/2015/08/how-browsers-work.html)