浏览器环境概述

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JavaScript代码嵌入网页的方法

JavaScript代码只有嵌入网页，才能在用户浏览器网页时运行。

网页中嵌入JavaScript代码，主要有四种方法。

  • <script>标签：代码嵌入网页
  • <script>标签：加载外部脚本
  • 事件属性：代码写入HTML元素的事件处理属性，比如onclick或者onmouseover
  • URL协议：URL支持以javascript:协议的方式，执行JavaScript代码

后两种方法用得很少，常用的是前两种方法。由于内容（HTML代码）和行为代码（JavaScript）应该分离，所以第一种方法应当谨慎使用。

script标签：代码嵌入网页

通过<script>标签，可以直接将JavaScript代码嵌入网页。

<script>
  console.log('Hello World');
</script>

<script>标签有一个type属性，用来指定脚本类型。对JavaScript脚本来说，type属性可以设为两种值。

  • text/javascript：这是默认值，也是历史上一贯设定的值。如果你省略type属性，默认就是这个值。对于老式浏览器，设为这个值比较好。
  • application/javascript：对于较新的浏览器，建议设为这个值。
<script type="application/javascript">
  console.log('Hello World');
</script>

由于<script>标签默认就是JavaScript代码。所以，嵌入JavaScript脚本时，type属性也可以省略。

如果type属性的值，浏览器不认识，那么它不会执行其中的代码。利用这一点，可以在<script>标签之中嵌入任意的文本内容，然后加上一个浏览器不认识的type属性即可。

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

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<script>节点依然存在于DOM之中，可以使用<script>节点的text属性读出它的内容。

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

script标签：加载外部脚本

<script>标签也可以指定加载外部的脚本文件。

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

如果脚本文件使用了非英语字符，还应该注明编码。

<script charset="utf-8" src="example.js"></script>

所加载的脚本必须是纯的HTML代码，不能有HTML代码和<script>标签。

加载外部脚本和直接添加代码块，这两种方法不能混用。下面代码的console.log语句直接被忽略。

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

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。

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

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SHA265签名。一旦有人改了这个脚本，导致SHA265签名不匹配，浏览器就会拒绝加载。

事件属性

某些HTML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。

<div onclick="alert('Hello')"></div>

上面的事件属性代码只有一个语句。如果有多个语句，用分号分隔即可。

URL协议

URL支持javascript:协议，调用这个URL时，就会执行JavaScript代码。

<a href="javascript:alert('Hello')"></a>

浏览器的地址栏也可以执行javascipt:协议。将javascript:alert('Hello')放入地址栏，按回车键，就会跳出提示框。

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。

<a href="javascript:new Date().toLocaleTimeString();">
  What time is it?
</a>

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。

<a href="javascript:console.log(new Date().toLocaleTimeString())">
What time is it?
</a>

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，可以在脚本最后返回void 0。

script标签

工作原理

浏览器加载JavaScript脚本，主要通过<script>标签完成。正常的网页加载流程是这样的。

  1. 浏览器一边下载HTML网页，一边开始解析
  2. 解析过程中，发现<script>标签
  3. 暂停解析，网页渲染的控制权转交给JavaScript引擎
  4. 如果<script>标签引用了外部脚本，就下载该脚本，否则就直接执行
  5. 执行完毕，控制权交还渲染引擎，恢复往下解析HTML网页

加载外部脚本时，浏览器会暂停页面渲染，等待脚本下载并执行完成后，再继续渲染。原因是JavaScript可以修改DOM（比如使用document.write方法），所以必须把控制权让给它，否则会导致复杂的线程竞赛的问题。

如果外部脚本加载时间很长（比如一直无法完成下载），就会造成网页长时间失去响应，浏览器就会呈现“假死”状态，这被称为“阻塞效应”。

为了避免这种情况，较好的做法是将<script>标签都放在页面底部，而不是头部。这样即使遇到脚本失去响应，网页主体的渲染也已经完成了，用户至少可以看到内容，而不是面对一张空白的页面。

如果某些脚本代码非常重要，一定要放在页面头部的话，最好直接将代码嵌入页面，而不是连接外部脚本文件，这样能缩短加载时间。

将脚本文件都放在网页尾部加载，还有一个好处。在DOM结构生成之前就调用DOM，JavaScript会报错，如果脚本都在网页尾部加载，就不存在这个问题，因为这时DOM肯定已经生成了。

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

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。

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

另一种解决方法是，使用<script>标签的onload属性。当<script>标签指定的外部脚本文件下载和解析完成，会触发一个load事件，可以把所需执行的代码，放在这个事件的回调函数里面。

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

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。

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

如果有多个script标签，比如下面这样。

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

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。

Gecko和Webkit引擎在网页被阻塞后，会生成第二个线程解析文档，下载外部资源，但是不会修改DOM，网页还是处于阻塞状态。

解析和执行CSS，也会产生阻塞。Firefox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，就会暂停执行脚本执行，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，浏览器一般最多同时下载六个（IE11允许同时下载13个）。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，一个方法是加入defer属性。

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

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script标签
  3. 浏览器继续往下解析HTML网页，同时并行下载script标签中的外部脚本
  4. 浏览器完成解析HTML网页，此时再执行下载的脚本

有了defer属性，浏览器下载脚本文件的时候，不会阻塞页面渲染。下载的脚本文件在DOMContentLoaded事件触发前执行（即刚刚读取完</html>标签），而且可以保证执行顺序就是它们在页面上出现的顺序。

对于内置而不是加载外部脚本的script标签，以及动态生成的script标签，defer属性不起作用。另外，使用defer加载的外部脚本不应该使用document.write方法。

async属性

解决“阻塞效应”的另一个方法是加入async属性。

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

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script标签中的外部脚本
  4. 脚本下载完成，浏览器暂停解析HTML网页，开始执行下载的脚本
  5. 脚本执行完毕，浏览器恢复解析HTML网页

async属性可以保证脚本下载的同时，浏览器继续渲染。需要注意的是，一旦采用这个属性，就无法保证脚本的执行顺序。哪个脚本先下载结束，就先执行那个脚本。另外，使用async属性的脚本文件中，不应该使用document.write方法。

defer属性和async属性到底应该使用哪一个？

一般来说，如果脚本之间没有依赖关系，就使用async属性，如果脚本之间有依赖关系，就使用defer属性。如果同时使用async和defer属性，后者不起作用，浏览器行为由async属性决定。

脚本的动态加载

除了静态的script标签，还可以动态生成script标签，然后加入页面，从而实现脚本的动态加载。

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

这种方法的好处是，动态生成的script标签不会阻塞页面渲染，也就不会造成浏览器假死。但是问题在于，这种方法无法保证脚本的执行顺序，哪个脚本文件先下载完成，就先执行哪个。

如果想避免这个问题，可以设置async属性为false。

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

上面的代码依然不会阻塞页面渲染，而且可以保证b.js在a.js后面执行。不过需要注意的是，在这段代码后面加载的脚本文件，会因此都等待b.js执行完成后再执行。

我们可以把上面的写法，封装成一个函数。

(function() {
  var scripts = document.getElementsByTagName('script')[0];
  function load(url) {
    var script = document.createElement('script');
    script.async = true;
    script.src = url;
    scripts.parentNode.insertBefore(script, scripts);
  }
  load('//apis.google.com/js/plusone.js');
  load('//platform.twitter.com/widgets.js');
  load('//s.thirdpartywidget.com/widget.js');
}());

上面代码中，async属性设为true，是因为加载的脚本没有互相依赖关系。而且，这样就不会造成堵塞。

如果想为动态加载的脚本指定回调函数，可以使用下面的写法。

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);
}

此外，动态嵌入还有一个地方需要注意。动态嵌入必须等待CSS文件加载完成后，才会去下载外部脚本文件。静态加载就不存在这个问题，script标签指定的外部脚本文件，都是与CSS文件同时并发下载的。

加载使用的协议

如果不指定协议，浏览器默认采用HTTP协议下载。

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

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（假定服务器支持）。

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

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。

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

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，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。

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
  • 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document fragment操作DOM
  • 动画时使用absolute定位或fixed定位，这样可以减少对其他元素的影响
  • 只在必要时才显示元素
  • 使用window.requestAnimationFrame()，因为它可以把代码推迟到下一次重流时执行，而不是立即要求页面重流
  • 使用虚拟DOM（virtual DOM）库

下面是一个window.requestAnimationFrame()对比效果的例子。

// 重绘代价高
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);

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。不同的浏览器有不同的编译策略。有的浏览器只编译最经常用到的部分，比如循环的部分；有的浏览器索性省略了字节码的翻译步骤，直接编译成机器码，比如chrome浏览器的V8引擎。

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。因为JavaScript运行时未必有字节码，所以JavaScript虚拟机并不完全基于字节码，而是部分基于源码，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：

参考链接

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