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01 Chrome架构

Chrome 打开一个页面需要启动多少进程？点击 Chrome 浏览器右上角的“选项”菜单，选择“更多工具”子菜单，点击“任务管理器”，将打开 Chrome 的任务管理器的窗口：

Chrome 任务管理器用来展示运行中 Chrome 使用的进程信息，只是打开了 1 个页面，却启动了很多个进程。

进程和线程​

什么是并行处理​

同一时刻处理多个任务

A = 1 + 2;
B = 20 / 5;
C = 7 * 8;

程序可以使用单线程来处理，分四步按照顺序分别执行这四个任务：

  • 任务 1 计算 A=1+2；
  • 任务 2 计算 B=20/5；
  • 任务 3 计算 C=7*8；
  • 任务 4 显示最后计算的结果。

采用多线程只需分两步走：

  • 使用三个线程同时执行前三个任务；
  • 再执行第四个显示任务。

使用并行处理能大大提升性能。

线程 VS 进程​

一个进程是一个程序的运行实例。启动一个程序时，操作系统会为该程序创建一块内存，用来存放代码、运行中的数据和一个执行任务的主线程，这样的一个运行环境叫进程。线程不能单独存在，它是由进程来启动和管理的。

线程是依附于进程的，进程中使用多线程并行处理能提升运算效率。

进程中的任意一线程执行出错，都会导致整个进程的崩溃​

A = 1 + 2;
B = 20 / 0;
C = 7 * 8;

当线程执行到 B = 20/0 时，线程会执行出错，会导致整个进程的崩溃，另外两个线程执行的结果也没有了。

线程之间共享进程中的数据​

线程之间可以对进程的公共数据进行读写操作。

当一个进程关闭之后，操作系统会回收进程所占用的内存​

当一个进程退出时，操作系统会回收该进程所申请的所有资源；即使其中任意线程因为操作不当导致内存泄漏，当进程退出时，这些内存也会被正确回收。

进程之间的内容相互隔离​

每一个进程只能访问自己占有的数据，一个进程如果崩溃或者挂起，不会影响到其他进程。进程之间需要进行数据的通信，需要使用用于进程间通信（IPC）的机制。

单进程浏览器​

浏览器的所有功能模块都运行在同一个进程里，包含网络、插件、JavaScript 运行环境、渲染引擎和页面等。

不稳定​

早期浏览器需要借助于插件来实现诸如 Web 视频、Web 游戏等各种强大的功能，但插件容易出问题，并且还运行在浏览器进程之中，所以一个插件的意外崩溃会引起整个浏览器的崩溃。

渲染引擎模块也是不稳定的，通常一些复杂的 JavaScript 代码有可能引起渲染引擎模块的崩溃，也会导致整个浏览器的崩溃。

不流畅​

页面的渲染模块、JavaScript 执行环境以及插件都运行在同一个线程中，同一时刻只能有一个模块可以执行，导致页面卡顿。

运行一个页面再关闭页面，会存在内存不能完全回收的情况，导致使用时间越长，内存占用越高，浏览器会变得越慢。

不安全​

插件可以使用 C/C++ 等代码编写，通过插件可以获取到操作系统的任意资源。

页面脚本可以通过浏览器的漏洞来获取系统权限，对电脑做一些恶意的事情。

多进程浏览器早期架构​

2008 年 Chrome 发布时的进程架构，页面运行在单独的渲染进程中，页面里的插件也是运行在单独的插件进程之中，进程之间通过 IPC 机制进行通信。

进程相互隔离，当一个页面或者插件崩溃时，影响到的仅仅是当前的页面进程或者插件进程，并不会影响到浏览器和其他页面，解决了页面或者插件的崩溃会导致整个浏览器崩溃，不稳定的问题。

JavaScript 运行在渲染进程中，即使 JavaScript 阻塞了渲染进程，影响到的也只是当前的渲染页面，并不会影响浏览器和其他页面，解决了浏览器不流畅问题。

当关闭一个页面时，整个渲染进程也会被关闭，该进程所占用的内存都会被系统回收，解决了浏览器页面的内存泄漏问题。

采用多进程架构可以使用安全沙箱，沙箱里面的程序可以运行，但是不能在硬盘上写入任何数据，也不能在敏感位置读取任何数据。Chrome 把插件进程和渲染进程锁在沙箱里面，即使在渲染进程或者插件进程里面执行了恶意程序，恶意程序也无法突破沙箱去获取系统权限。

目前多进程架构​

  • **浏览器进程。**主要负责界面显示、用户交互、子进程管理，同时提供存储等功能。
  • **渲染进程。**核心任务是将 HTML、CSS 和 JavaScript 转换为用户可以与之交互的网页，排版引擎 Blink 和 JavaScript 引擎 V8 都是运行在该进程中，默认情况下，Chrome 会为每个 Tab 标签创建一个渲染进程。出于安全考虑，渲染进程都是运行在沙箱模式下。
  • **GPU 进程。**开始 GPU 是为了实现 3D CSS 的效果，随后网页、Chrome 的 UI 界面也都选择采用 GPU 来绘制。
  • **网络进程。**主要负责页面的网络资源加载。
  • **插件进程。**主要是负责插件的运行，因插件易崩溃，所以需要通过插件进程来隔离，以保证插件进程崩溃不会对浏览器和页面造成影响。

带来的一些问题：

  • **更高的资源占用。**每个进程都会包含公共基础结构的副本（如 JavaScript 运行环境），浏览器会消耗更多的内存资源。
  • **更复杂的体系架构。**浏览器各模块之间耦合性高、扩展性差等问题，导致现在的架构很难适应新的需求。

未来面向服务的架构​

使用面向服务的架构（Services Oriented Architecture，简称 SOA）的思想设计新的架构。

整体架构会朝向现代操作系统所采用的“面向服务的架构” 方向发展，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。

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，会将很多服务整合到一个进程中，从而节省内存占用。