Chrome源码剖析--Chrome的多线程模型 上

0. Chrome的并发模型

如果你仔细看了前面的图，对Chrome的线程和进程框架应该有了个基本的了解。Chrome有一个主进程，称为Browser进程，它是老大，管理Chrome大部分的日常事务；其次，会有很多Renderer进程，它们圈地而治，各管理一组站点的显示和通信（Chrome在宣传中一直宣称一个tab对应一个进程，其实是很不确切的...），它们彼此互不搭理，只和老大说话，由老大负责权衡各方利益。它们和老大说话的渠道，称做IPC（Inter-Process Communication），这是Google搭的一套进程间通信的机制，基本的实现后面自会分解。。。

Chrome的进程模型

Google在宣传的时候一直都说，Chrome是one tab one process的模式，其实，这只是为了宣传起来方便如是说而已，基本等同广告，实际疗效，还要从代码中来看。实际上，Chrome支持的进程模型远比宣传丰富，你可以参考一下这里 ，简单的说，Chrome支持以下几种进程模型：

1. Process-per-site-instance：就是你打开一个网站，然后从这个网站链开的一系列网站都属于一个进程。这是Chrome的默认模式。
2. Process-per-site：同域名范畴的网站放在一个进程，比如www.google.com和www.google.com/bookmarks就属于一个域名内（google有自己的判定机制），不论有没有互相打开的关系，都算作是一个进程中。用命令行--process-per-site开启。
3. Process-per-tab：这个简单，一个tab一个process，不论各个tab的站点有无联系，就和宣传的那样。用--process-per-tab开启。
4. Single Process：这个很熟悉了吧，传统浏览器的模式，没有多进程只有多线程，用--single-process开启。

关于各种模式的优缺点，官方有官方的说法，大家自己也会有自己的评述。不论如何，至少可以说明，Google不是由于白痴而采取多进程的策略，而是实验出来的效果。。。

大家可以用Shift+Esc观察各模式下进程状况，至少我是观察失败了（每种都和默认的一样...），原因待跟踪。。。

不论是Browser进程还是Renderer进程，都不只是光杆司令，它们都有一系列的线程为自己打理各种业务。对于Renderer进程，它们通常有两个线程，一个是Main thread，它负责与老大进行联系，有一些幕后黑手的意思；另一个是Render thread，它们负责页面的渲染和交互，一看就知道是这个帮派的门脸级人物。相比之下，Browser进程既然是老大，小弟自然要多一些，除了大脑般的Main thread，和负责与各Renderer帮派通信的IO thread，其实还包括负责管文件的file thread，负责管数据库的db thread等等（一个更详细的列表，参见这里 ），它们各尽其责，齐心协力为老大打拼。它们和各Renderer进程的之间的关系不一样，同一个进程内的线程，往往需要很多的协同工作，这一坨线程间的并发管理，是Chrome最出彩的地方之一了。。。

闲话并发

单进程单线程的编程是最惬意的事情，所看即所得，一维的思考即可。但程序员的世界总是没有那么美好，在很多的场合，我们都需要有多线程、多进程、多机器携起手来一齐上阵共同完成某项任务，统称：并发（非官方版定义...）。在我看来，需要并发的场合主要是要两类：

1. 为了更好的用户体验。有的事情处理起来太慢，比如数据库读写、远程通信、复杂计算等等，如果在一个线程一个进程里面来做，往往会影响用户感受，因此需要另开一个线程或进程转到后台进行处理。它之所以能够生效，仰仗的是单CPU的分时机制，或者是多CPU协同工作。在单CPU的条件下，两个任务分成两拨完成的总时间，是大于两个任务轮流完成的，但是由于彼此交错，更人的感觉更为的自然一些。
2. 为了加速完成某项工作。大名鼎鼎的Map/Reduce，做的就是这样的事情，它将一个大的任务，拆分成若干个小的任务，分配个若干个进程去完成，各自收工后，在汇集在一起，更快的得到最后的结果。为了达到这个目的，只有在多CPU的情形下才有可能，在单CPU的场合（单机单CPU...），是无法实现的。

在第二种场合下，我们会自然而然的关注数据的分离，从而很好的利用上多CPU的能力；而在第一种场合，我们习惯了单CPU的模式，往往不注重数据与行为的对应关系，导致在多CPU的场景下，性能不升反降。。。

1. Chrome的线程模型

仔细回忆一下我们大部分时候是怎么来用线程的，在我足够贫瘠的多线程经历中，往往都是这样用的：起一个线程，传入一个特定的入口函数，看一下这个函数是否是有副作用的（Side Effect），如果有，并且还会涉及到多线程的数据访问，仔细排查，在可疑地点上锁伺候。。。

Chrome的线程模型走的是另一个路子，即，极力规避锁的存在。换更精确的描述方式来说，Chrome的线程模型，将锁限制了极小的范围内（仅仅在将Task放入消息队列的时候才存在...），并且使得上层完全不需要关心锁的问题（当然，前提是遵循它的编程模型，将函数用Task封装并发送到合适的线程去执行...），大大简化了开发的逻辑。。。

不过，从实现来说，Chrome的线程模型并没有什么神秘的地方（美女嘛，都是穿衣服比不穿衣服更有盼头...），它用到了消息循环的手段。每一个Chrome的线程，入口函数都差不多，都是启动一个消息循环（参见MessagePump类），等待并执行任务。而其中，唯一的差别在于，根据线程处理事务类别的不同，所起的消息循环有所不同。比如处理进程间通信的线程（注意，在Chrome中，这类线程都叫做IO线程，估计是当初设计的时候谁的脑门子拍错了...）启用的是MessagePumpForIO类，处理UI的线程用的是MessagePumpForUI类，一般的线程用到的是MessagePumpDefault类（只讨论windows, windows, windows...）。不同的消息循环类，主要差异有两个，一是消息循环中需要处理什么样的消息和任务，第二个是循环流程（比如是死循环还是阻塞在某信号量上...）。下图是一个完整版的Chrome消息循环图，包含处理Windows的消息，处理各种Task（Task是什么，稍后揭晓，敬请期待...），处理各个信号量观察者（Watcher），然后阻塞在某个信号量上等待唤醒。。。

图2 Chrome的消息循环

当然，不是每一个消息循环类都需要跑那么一大圈的，有些线程，它不会涉及到那么多的事情和逻辑，白白浪费体力和时间，实在是不可饶恕的。因此，在实现中，不同的MessagePump类，实现是有所不同的，详见下表：

 MessagePumpDefaultMessagePumpForIOMessagePumpForUI是否需要处理系统消息否是是是否需要处理Task是是是是否需要处理Watcher否是否是否阻塞在信号量上否是是