浏览器如何工作（一）进程架构
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Aug 12, 2024
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现代浏览器的核心功能包括获取和展示资源，主要依赖于网络引擎、渲染引擎和脚本引擎。浏览器架构可分为单进程和多进程两种结构，多进程架构提供了更好的稳定性、安全性和可扩展性。
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浏览器的核心功能
浏览器，“浏览” 是这个产品的核心，浏览无非分为两步：
- 获取想浏览的资源
- 展示得到的资源
现代浏览器还增加了交互功能，这涉及到脚本运行。因此，理解浏览器的核心就是理解其三大引擎如何工作：
- 网络引擎
- 渲染引擎
- 脚本引擎
浏览器架构的选择：单进程 vs 多进程
在设计浏览器这样复杂的程序时，我们面临两种基本结构的选择：
- 单进程 + 多线程：所有功能集中在一个进程中，通过多线程实现各个功能。
- 多进程 + 每个进程少量线程 + IPC 通信：核心服务被抽离成独立进程，进程间通过 IPC 通信。
选择哪种结构，这是一个值得考虑的问题。我们可以想想各自的优缺点：
单进程结构：
优点：
- 内存效率高，多个线程共享一个进程的内存开销
- 通信效率高，线程之间由于可以访问公共内存，通信开销较小
缺点：
- 稳定性差，一个线程挂掉可能引起整个进程挂掉（对于浏览器而言，这是致命的，比如一个页面挂掉，可能导致整个浏览器挂掉）
- 安全性差，进程之间可以访问公共内存，页面之间难以实现有效的沙箱隔离
- 可拓展性差，功能越多，意味着一个进程越来越大庞大，耦合难以避免的变多
多进程结构：
优点：
多进程程序解决了单进程的一些缺点
- 稳定性：一个进程挂了不会引起其他进程（一个页面挂了不会影响其他页面）
- 安全性：进程之间天然隔离，可以实现更严格的沙箱
- 利用现代 CPU：多进程可以更好的使用现代多核 CPU
- 拓展性：将各个模块抽离成一些独立的进程，实现解藕，单独维护
缺点：
- 更多的资源（内存，I/O，CPU时钟）消耗
- 更多的进程通信（IPC）开销
浏览器架构的历史演变
在回看一个产品时，不要脱离其历史背景。
早期的浏览器，功能简单，且计算机内存资源昂贵，此时单进程的设计也许更合理。
但随着人类社会的发展，计算资源相对宽裕，计算能力大幅度提升，且用户的复杂了很多，此时，多进程的结构更加合理。
浏览器架构的选择与其所处的时代背景密切相关：
- 早期：功能简单，计算机资源昂贵，单进程设计更合理。
- 现代：计算资源丰富，用户需求复杂，多进程结构更加适合。
现代多进程浏览器架构
前面提到，现代浏览器使用多进程的架构模式。
以我的 Chrome 浏览器举例：
- 浏览器主进程：
- 程序 UI（地址栏，书签栏，前进后退按钮）
- 管理标签和窗口
- 协调其他进程
- 网络请求相关
- GPU 进程：
- 处理 GPU 任务，加速渲染
- 处理 OpenGL 和 2D 绘图操作
- 将渲染进程的绘制命令转为 GPU 命令
- 实用工具进程:
- 浏览器将一些特定的任务封装为了独立的进程，比如音频处理，文件解压，存储
- 渲染进程
- 浏览器会尽力为每个标签页提供一个独立的渲染进程
- 解析和渲染网页资源
- 拓展进程
- 现代浏览器通过插件扩展功能，为了安全性，每个插件运行在一个独立的进程中
Chrome架构进化的目标是将整个浏览器程序的不同部分服务化，便于分割或合并。
前面提到，多进程架构会引起更多的内存和计算开销，所以 chrome 选择了更灵活的方式：
基本思路是:
- 在高配设备中，每个服务独立开进程，保证稳定；
- 在低配设备中，多个服务合并为一个进程，节约资源。同样的思路也应用到了Android上。
结语
一个应用的设计与其时代背景有关，技术的推进本质是用户需求的推进。而 Chrome 架构设计也充分体现了一个灵活的架构的优势。