开始前，我们可以一起看下，打开一个页面需要启动多少进程？这里我们使用目前市场上最主流的浏览器 —— Chrome。你可以点击浏览器右上角的「选项」菜单，选择「更多工具」子菜单，点击「任务管理器」，这将打开 Chrome 的任务管理器的窗口，如下图（其他浏览器大致也是一样的）

就和 Windows 的任务管理器一样，浏览器任务管理器也是用来展示运行中浏览器使用的进程信息的。从图中可以看到，浏览器启动了4个进程。可是这里我们只是打开了1个页面，为什么会启动这么多进程呢？

这首先就需要我们了解一下进程的概念，很多人应该都了解过进程，也经常把进程和线程弄混淆 （比如我自己），为保证后续其他内容的正确理解，这里先简单说一些这两个概念以及它们之间的关系，完全了解这些概念的同学可以直接跳过。

进程 & 线程

在正式讲解之前，我们先看一个关于并行处理的示例，这样能帮助更方便我们理解进程和线程的关系。

并行处理

计算机中的并行处理就是同一时刻处理多个任务，比如我们要计算下面这三个表达式的值，并显示出结果。

A = 10 + 2
B = 20 / 5
C = 70 * 8

在编写代码的时候，我们可以把这个过程拆分为四个任务：

• 任务1 是计算 A = 10 + 2；
• 任务2 是计算 B = 20 / 5；
• 任务3 是计算 C = 70 * 8；
• 任务4 是显示最后计算的结果。

正常情况下程序可以使用单线程来处理，也就是分四步按照顺序分别执行这四个任务。

如果采用多线程，会怎么样呢？我们只需分「两步走」：第一步，使用三个线程同时执行前三个任务；第二步，再执行第四个显示任务。

通过对比分析，你会发现用单线程执行需要四步，而使用多线程只需要两步。因此，使用并行处理能大大提升性能。

当然这里只是为了演示，现代 CPU 对这种简单程序的处理速度非常快，单线程完全可以应付，启用多线程甚至会复杂度增加，导致运行速度下降。

线程 VS 进程

多线程可以并行处理任务，但是线程是不能单独存在的，它是由进程来启动和管理的。那什么又是进程呢？

一个进程就是一个程序的运行实例。详细解释就是，启动一个程序的时候，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，我们把这样的一个运行环境叫进程。

可以看下下图，能帮助你更好的理解。

从图中可以看到，线程是依附于进程的，而进程中使用多线程并行处理能提升运算效率。

总结来说，进程和线程之间的关系有以下 4 个特点

进程中的任意一线程执行出错，都会导致整个进程的崩溃

我们可以模拟以下场景：

A = 10 + 2
B = 20 / 0
C = 70 * 8

我把上述三个表达式稍作修改，在计算 B 的值的时候，我把表达式的分母改成 0，当线程执行到 B = 20 / 0 时，由于分母为 0，会出现除零异常，线程会执行出错，这样就会导致整个进程的崩溃，当然另外两个线程执行的结果也没有了

关于为何一个线程出错会导致整个进程崩溃

原因就在于「线程是进程的资源共享单元，而不是资源隔离单元」

一个进程内的所有线程共享着绝大部分的资源。其中最致命的是：共享内存空间和共享文件描述符表、信号错误处理程序等。所有线程的代码、数据都在同一个虚拟空间内，这意味着某个线程的错误会污染整片内存空间，也就会影响其他同样在使用内存空间的线程。而操作系统是无法判断哪个线程出现错误的，是哪个线程污染并影响了其他线程，为保证系统的稳定性和安全性，操作系统只能终止整个「污染源」，也即整个进程。

线程之间共享进程中的数据

如图所示，线程之间可以对进程的公共数据进行读写操作。

从上图可以看出，线程1、线程2、线程3分别把执行的结果写入A、B、C中，然后线程2继续从A、B、C中读取数据，用来显示执行结果。

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。

比如之前的IE浏览器，支持很多插件，而这些插件很容易导致内存泄漏，这意味着只要浏览器开着，内存占用就有可能会越来越多，但是当关闭浏览器进程时，这些内存就都会被系统回收掉。

进程之间的内容相互隔离

进程隔离是为保护操作系统中进程互不干扰的技术，每一个进程只能访问自己占有的数据，也就避免出现进程A写入数据到进程B的情况。正是因为进程之间的数据是严格隔离的，所以一个进程如果崩溃了，或者挂起了，是不会影响到其他进程的。如果进程之间需要进行数据的通信，这时候，就需要使用用于进程间通信（IPC）的机制了。

单进程浏览器时代

在了解了进程和线程之后，我们来看下早期的单进程浏览器的架构。顾名思义，单进程浏览器是指浏览器的所有功能模块都是运行在同一个进程里，这些模块包含了网络、插件、JavaScript运行环境、渲染引擎和页面等。这些单进程浏览器最有代表性的就是 IE6 了。

如此多的功能模块运行在一个进程里，是导致单进程浏览器不稳定、不流畅和不安全的一个主要因素。主要有以下几个原因：

问题1：不稳定

早期浏览器需要借助于插件来实现诸如Web视频、Web小游戏等各种各样强大的功能（最知名的Adobe Flash Player），但是插件是最容易出问题的模块，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。

除了插件之外，渲染引擎模块也是不稳定的，通常页面中如果存在一些比较复杂的 JavaScript 代码就有可能引起渲染引擎模块的崩溃。和插件一样，渲染引擎的崩溃也会导致整个浏览器的崩溃。

问题2：不流畅

从上面的「单进程浏览器架构示意图」可以看出，所有页面的渲染模块、JavaScript执行环境以及插件都是运行在同一个线程中的，这就意味着同一时刻只能有一个模块可以执行。

比如，下面这个无限循环的脚本：

function load() {
	while(true) {
		console.log("loading...")
	}
}
load();

由于这个脚本是无限循环的，所以当其执行时，它会独占整个线程，这样导致其他运行在该线程中的模块就没有机会被执行。因为浏览器中所有的页面都运行在该线程中，所以这些页面都没有机会去执行任务，这样就会导致整个浏览器失去响应，变卡顿。

这块内容要继续往深的地方讲就到页面的事件循环系统了，具体相关内容我会在后面的模块中为你深入讲解。

除了上述脚本或者插件会让单进程浏览器变卡顿外，页面的内存泄漏也是单进程变慢的一个重要原因。通常浏览器的内核都是非常复杂的，运行一个复杂点的页面再关闭页面，会存在内存不能完全回收的情况，这样导致的问题是使用时间越长，内存占用越高，浏览器会变得越慢

问题3：不安全

这里依然可以从插件和页面脚本两个方面来解释该原因。

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，当你在页面运行一个插件时也就意味着这个插件能完全操作你的电脑。如果是个恶意插件，那么它就可以释放病毒、窃取你的账号密码，引发安全性问题。

至于页面脚本，它可以通过浏览器的漏洞来获取系统权限，这些脚本获取系统权限之后也可以对你的电脑做一些恶意的事情，同样也会引发安全问题。

以上这些就是当时浏览器的特点，不稳定，不流畅，而且不安全。你可以想象一下当时的某个场景：当你正在用浏览器打开多个页面时，突然某个页面崩溃了或者失去响应，随之而来的是整个浏览器的崩溃或者无响应，然后你发现你在页面中还没保存有邮件彻底消失了。

多进程浏览器

早期多进程框架

从图中可以看出，Chrome 的页面是运行在单独的渲染进程中的，同时页面里的插件也是运行在单独的插件进程之中，而进程之间是通过 IPC 机制进行通信。

如何解决不稳定的问题。由于进程是相互隔离的，所以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，这就完美地解决了页面或者插件的崩溃会导致整个浏览器崩溃，也就是不稳定的问题。

不流畅的问题是如何解决的。同样，JavaScript 也是运行在渲染进程中的，所以即使 JavaScript 阻塞了渲染进程，影响到的也只是当前的渲染页面，而并不会影响浏览器和其他页面，因为其他页面的脚本是运行在它们自己的渲染进程中的。所以当我们再在浏览器中运行上面那个死循环的脚本时，没有响应的仅仅是当前的页面。

对于内存泄漏的解决方法那就更简单了，因为当关闭一个页面时，整个渲染进程也会被关闭，之后该进程所占用的内存都会被系统回收，这样就轻松解决了浏览器页面的内存泄漏问题。

安全问题是怎么解决的。采用多进程架构的额外好处是可以使用「安全沙箱」，你可以把沙箱看成是操作系统给进程上了一把锁，沙箱里面的程序可以运行，但是不能在你的硬盘上写入任何数据，也不能在敏感位置读取任何数据，例如你的文档和桌面。

浏览器把插件进程和渲染进程锁在沙箱里面，这样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。

当前多进程框架

从图中可以看出，最新的Chrome浏览器包括：1个浏览器（Browser）主进程、1个 GPU 进程、1个网络（NetWork）进程、多个渲染进程和多个插件进程

目前几个线程的功能如下：

• 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。其实，Chrome刚开始发布的时候是没有GPU进程的。而GPU的使用初衷是为了实现3D CSS的效果，只是随后网页、Chrome的UI界面都选择采用GPU来绘制，这使得GPU成为浏览器普遍的需求。最后，Chrome在其多进程架构上也引入了GPU进程。
• 网络进程。主要负责页面的网络资源加载，之前是作为一个模块运行在浏览器进程里面的，直至最近才独立出来，成为一个单独的进程。
• 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

回到最开始开头提及的那个问题：「为何我们打开一个页面，却启动了四个进程呢？」

因为打开1个页面至少需要1个网络进程、1个浏览器进程、1个GPU进程以及1个渲染进程，拢共4个进程；此时如果打开的页面有运行插件的话，还需要再加上1个插件进程。

多进程的好处多多，但也不是完全没有缺点的

• 更高的资源占用。因为每个进程都会包含公共基础结构的副本（如 JavaScript 运行环境），这就意味着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，会导致现在的架构已经很难适应新的需求了。

面向服务框架

为了解决多进程带来的负面效果，近些年浏览器厂商们也在寻找既可以解决资源占用高的问题，也可以解决复杂的体系架构的方法。

在2016年，Chrome 官方团队使用「面向服务的架构」（Services Oriented Architecture，简称SOA）的思想设计了新的Chrome架构。也就是说 Chrome 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。如果你对面向服务的架构感兴趣，你可以去网上搜索下资料，这里就不过多介绍了。

Chrome 最终要把UI、数据库、文件、设备、网络等模块重构为基础服务，类似操作系统底层服务，下面是Chrome「面向服务的架构」的进程模型图

目前 Chrome 正处在老的架构向服务化架构过渡阶段，这将是一个漫长的迭代过程。

Chrome 正在逐步构建 Chrome 基础服务（Chrome Foundation Service），如果你认为 Chrome 是「便携式操作系统」，那么 Chrome 基础服务便可以被视为该操作系统的「基础」系统服务层。

同时Chrome还提供灵活的弹性架构，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，Chrome会将很多服务整合到一个进程中，从而节省内存占用。

总结

最初的浏览器都是单进程的，它们不稳定、不流畅且不安全，之后出现了 Chrome，创造性地引入了多进程架构，并解决了这些遗留问题。随后浏览器厂商试图应用到更多业务场景，如移动设备、VR、视频等，为了支持这些场景，Chrome 的架构体系变得越来越复杂，这种架构的复杂性倒逼 Chrome 开发团队必须进行架构的重构，最终 Chrome 团队选择了面向服务架构（SOA）形式，这也是 Chrome 团队现阶段的一个主要任务。

鉴于目前架构的复杂性，要完整过渡到面向服务架构，估计还需要好几年时间才能完成。不过 Chrome 开发是一个渐进的过程，新的特性会一点点加入进来，这也意味着我们随时能看到 Chrome 新的变化。