瀏覽器環(huán)境概述

JavaScript代碼嵌入網(wǎng)頁的方法

JavaScript代碼只有嵌入網(wǎng)頁，才能在用戶瀏覽網(wǎng)頁時運行。

網(wǎng)頁中嵌入JavaScript代碼，主要有四種方法。

  • <script>標簽：代碼嵌入網(wǎng)頁
  • <script>標簽：加載外部腳本
  • 事件屬性：代碼寫入HTML元素的事件處理屬性，比如onclick或者onmouseover
  • URL協(xié)議：URL支持以javascript:協(xié)議的方式，執(zhí)行JavaScript代碼

后兩種方法用得很少，常用的是前兩種方法。由于內(nèi)容（HTML代碼）和行為代碼（JavaScript）應該分離，所以第一種方法應當謹慎使用。

script標簽：代碼嵌入網(wǎng)頁

通過<script>標簽，可以直接將JavaScript代碼嵌入網(wǎng)頁。

<script>
  console.log('Hello World');
</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屬性也可以省略。

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，然后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標簽：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="example.js"></script>

如果腳本文件使用了非英語字符，還應該注明編碼。

<script charset="utf-8" src="example.js"></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SHA265簽名。一旦有人改了這個腳本，導致SHA265簽名不匹配，瀏覽器就會拒絕加載。

事件屬性

某些HTML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，就會調用這些代碼。

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

上面的事件屬性代碼只有一個語句。如果有多個語句，用分號分隔即可。

URL協(xié)議

URL支持javascript:協(xié)議，調用這個URL時，就會執(zhí)行JavaScript代碼。

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

瀏覽器的地址欄也可以執(zhí)行javascipt:協(xié)議。將javascript:alert('Hello')放入地址欄，按回車鍵，就會跳出提示框。

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();">
  What time is it?
</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。

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

上面代碼中，用戶點擊鏈接后，網(wǎng)頁不會跳轉，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，可以在腳本最后返回void 0。

script標簽

工作原理

瀏覽器加載JavaScript腳本，主要通過<script>標簽完成。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
  2. 解析過程中，發(fā)現(xiàn)<script>標簽
  3. 暫停解析，網(wǎng)頁渲染的控制權轉交給JavaScript引擎
  4. 如果<script>標簽引用了外部腳本，就下載該腳本，否則就直接執(zhí)行
  5. 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可以修改DOM（比如使用document.write方法），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（比如一直無法完成下載），就會造成網(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，最好直接將代碼嵌入頁面，而不是連接外部腳本文件，這樣能縮短加載時間。

將腳本文件都放在網(wǎng)頁尾部加載，還有一個好處。在DOM結構生成之前就調用DOM，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事件的回調函數(shù)。

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

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。

Gecko和Webkit引擎在網(wǎng)頁被阻塞后，會生成第二個線程解析文檔，下載外部資源，但是不會修改DOM，網(wǎng)頁還是處于阻塞狀態(tài)。

解析和執(zhí)行CSS，也會產(chǎn)生阻塞。Firefox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，瀏覽器一般最多同時下載六個（IE11允許同時下載13個）。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，一個方法是加入defer屬性。

<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. 瀏覽器完成解析HTML網(wǎng)頁，此時再執(zhí)行下載的腳本

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屬性的腳本文件中，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

除了靜態(tài)的script標簽，還可以動態(tài)生成script標簽，然后加入頁面，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);
});

上面的代碼依然不會阻塞頁面渲染，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。

我們可以把上面的寫法，封裝成一個函數(shù)。

(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');
}());

上面代碼中，async屬性設為true，是因為加載的腳本沒有互相依賴關系。而且，這樣就不會造成堵塞。

如果想為動態(tài)加載的腳本指定回調函數(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);
}

此外，動態(tài)嵌入還有一個地方需要注意。動態(tài)嵌入必須等待CSS文件加載完成后，才會去下載外部腳本文件。靜態(tài)加載就不存在這個問題，script標簽指定的外部腳本文件，都是與CSS文件同時并發(fā)下載的。

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（假定服務器支持）。

<script src="https://example.js"></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"></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)，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
  • 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document fragment操作DOM
  • 動畫時使用absolute定位或fixed定位，這樣可以減少對其他元素的影響
  • 只在必要時才顯示元素
  • 使用window.requestAnimationFrame()，因為它可以把代碼推遲到下一次重流時執(zhí)行，而不是立即要求頁面重流
  • 使用虛擬DOM（virtual DOM）庫

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

// 重繪代價高
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);

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），將代碼轉為字節(jié)碼（bytecode）。
  4. 使用“字節(jié)碼解釋器”（bytecode interpreter），將字節(jié)碼轉為機器碼。

逐行解釋將字節(jié)碼轉為機器碼，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。不同的瀏覽器有不同的編譯策略。有的瀏覽器只編譯最經(jīng)常用到的部分，比如循環(huán)的部分；有的瀏覽器索性省略了字節(jié)碼的翻譯步驟，直接編譯成機器碼，比如chrome瀏覽器的V8引擎。

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。因為JavaScript運行時未必有字節(jié)碼，所以JavaScript虛擬機并不完全基于字節(jié)碼，而是部分基于源碼，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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