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网红面试题：从输入 url 到看到页面发生了什么

2022-04-30 183
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简介： 从输入 url 到看到页面发生了什么

流程图


这题扎眼看上去没问题，无非是 HTTP 请求到浏览器渲染，但可以聊的东西很多。我想它的执行顺序是，用户输入——开始导航——HTTP请求——浏览器渲染。其中用户输入、开始导航、浏览器渲染是浏览器方面的知识点，HTTP请求是 HTTP 方面的知识点

以下就是从输入 url 到看到页面的整个流程图


image.png

从url输入到页面渲染


前言


了解"开始导航"之前，需要先知道浏览器架构，简单来说，现代浏览器由1个浏览器主进程、1个GPU进程、多个渲染进程、多个插件进程、网络进程、音频进程、存储进程组成

下图是李兵在《浏览器工作原理与实践》[1]中所示，展示 Chrome 浏览器的架构


image.png


以及未来现代浏览器架构示意图：


image.png


文章现代浏览器内部揭秘[2]中有一张图，是这样描述的


image.png


图中表明浏览器主进程包含了 UI 线程、网络线程、存储线程，与李兵的观点有所不同。那以谁为准呢？以时间为准，李兵的专栏是19年所写，而《现代浏览器内部解密》是 18 年的文章，站在 2022 年的背景，现代浏览器，UI、网络、存储等都已升级为进程，而非是浏览器主进程中的线程


用户输入


当用户在地址栏中输入一个字符串时，地址栏会判断输入的关键字是搜索内容，还是请求的URL


  • 如果是搜索内容，地址栏会使用浏览器默认的搜索引擎，合成新的带搜索关键字的URL


  • 例如在chrome中搜长泽雅美

image.png


  • 如果输入内容符合 URL 规则，例如输入azhubaby.com，那么地址栏会根据规则，把这段内容加上协议合成完成的 URL，如 https://azhubaby.com


当用户输入关键字并键入回车之后，意味着当前页面将替换为新的页面，此时浏览器中有个 API——beforeunload[3]，它允许页面在离开之前触发是否一个确认对话框。这里使用此API，可让浏览器不再导航


// 监听离开页面前的事件
window.addEventListener('beforeunload', (event) => {
 event.preventDefault();
    event.returnValue = '';
})


可在这里看看 beforeunload 的demo[4]


从浏览器架构分工上讲，当用户输入字符串时是 UI 进程（老一点的浏览器是浏览器主进程）在运作


开始导航


当敲下 Enter 键时，UI 进程将指挥权交接给了网络进程。网络进程接受请求指令前，会先查找本地缓存是否有缓存。如果有缓存该资源，那么直接返回资源给浏览器进程；如果在缓存中没找到该资源，那么则正式进入HTTP请求阶段


关于HTTP缓存方面的知识可以看看这篇——面试常客：HTTP 缓存


HTTP请求


之前写过一篇TCP/IP 协议及网络分层模型，讲述了 TCP/IP 网络分层协议，它就像搭积木一样，每一层需要下一层的支撑，我们的 HTTP 请求是其 HTTP 协议的应用，需要先连接传输层（TCP）以及更底层网络互连层（IP）


image.png


而IP从哪里来，通过 DNS， 使其域名 和 IP 做映射


我们使用倒推法可以理清“路线”：


HTTP 请求 —— HTTP 协议连接 —— TCP 协议连接 —— IP 协议连接 —— 需要知道 IP——DNS 做域名/IP映射


所以进入 HTTP 请求的第一步是 DNS 解析


DNS 解析


这里对 DNS 不做过多概述，简单来说，它的作用是用域名代替 IP 地址，符合人的记忆。输入du.azhubaby.com ，表示 IP 地址 47.102.152.19 ，你可以在命令行中 ping 一个域名，来求证一下结果


image.png

ping域名


HTTP 请求之前的第一步是判断 DNS 中是否有缓存，如果有，直接返回 IP 地址；如果没有，则进行 DNS 解析，并把结果 IP 缓存到 DNS


有了 IP 地址后，IP 层连接成功，接下来就是 TCP 传输层


TCP 连接


这里要看HTTP协议的版本，如果是 HTTP/1.1 的话，就要考虑TCP队列否饱满，因为 HTTP/1.1 最多允许一个域名连接 6 条TCP，太多了就要在等待TCP队列中排队；如果是 HTTP/2 的话，那就没事，它允许TCP并发


这里还要考虑到如果协议是 HTTPS 协议的话，还需要建立一条 TLS 连接


等真正 TCP 连接时，就联想到网红面试题：三次握手、四次挥手


三次握手、四次挥手


为什么是三次握手和四次挥手，因为只有这样才能让双方（客户端和服务端）知道彼此的接收能力和发送能力是没问题的


image.png


步骤为：


  • 客户端提出建立连接，发出客户端seq：seq=client_isn
  • 服务端收到消息后返回 ack=client_isn+1 和服务端seq：seq=server_isn
  • 客户端收到后返回ack=server_isn+1 表示收到了

可以理解为男女双方确认关系，男女双方要结婚，怎么办？先见父母得到父母认同，之前听过这样一句话：得不到父母祝福的婚姻是不幸福的（当然，不见父母直接结婚的也有，但不主流）

  • 男方提出去女方家，带上见面礼seq：seq=男方的诚意
  • 女方家收到见面礼后返回（给男方）红包 ack=我们认可你啦 以及女方去男方家也带上见面礼seq：seq=女方的诚意
  • 男方家收到见面礼后返回（给女方的）红包 ack=server_isn+1

这个叫确定关系。所以要又来又回三次，双方都确保知道对方的诚意和自己的诚意

那什么是四次挥手呢？


在断开之前，需要进行四次挥手


image.png


为什么要有四次挥手？


主要是为了确保双方都知道对方断开连接


具体步骤为：


  • 客户端第一次发送消息给服务端告诉它需要断开连接
  • 服务端收到消息后返回消息告诉客户端：知道了，为了确保服务端收到了之前所有的 HTTP 请求，服务端需要等一等再断开连接
  • 服务端确认所有的HTTP请求都收到了，主动发消息给客户端：我这边所有的请求都处理完了，我也可以断开连接了
  • 客户端收到这个请求后，返回消息告诉服务端：我知道，断开连接吧

主要是为了确认双方的接收能力和发送能力是否正常、制定自己的初始化序列号为后面的可靠性传送做准备

可以理解为一对男女要分手

  • 女方提出分手，说你对我不好，我要分手
  • 男方觉得需求合理，同意分手，但分手之前要把联系方式、合照、各种乱七八糟的事情算清楚再分手
  • 男方理清楚后，主动发消息给女方，说这边都处理清楚了，以后你是你，我是我，我们可以分手了
  • 女方收到消息后，返回告诉男方：我知道了，分手吧


于是乎，它们就断了，分手手续完成。具体详细的信息可看猿人谷的面试官，不要再问我三次握手和四次挥手，一个字：细


发送HTTP请求


TCP连接已经通了，现在正式发送 HTTP 请求，这里又有的聊了，如 HTTP 的报文内容、请求头、响应头、请求方法、状态码等知识点


首先 HTTP 的报文结构由 起始行 + 头部 + 空行 + 实体组成，简单来说就是 header+body，HTTP 的报文可以没有body（get方法），但必须要有 header

请求头由请求行 + 头部字段构成，响应头由状态行 + 头部字段构成


请求行有三部分：请求方法、请求目标和版本号


  • 例如 GET / HTTP/1.1


状态行也有三部分：版本号、状态码和原因字符串


  • 例如 HTTP/1.1 200 OK


在浏览器中，打开F12，在 NetWork 中任何一个请求中，你都会看到这样的结构


image.png


这里我们也常会遇到一些例如 GET 和 POST 请求方式的区别、HTTP 状态码等相关的衍生问题


GET 和 POST 请求方式的区别


  • 从缓存角度看，GET 会被缓存，POST 不会被缓存
  • 从参数角度看，GET 通过在 URL 的"?"后以 key=value 方式传参，数据之间以“&”相连接；POST 则要将数据封装到请求体中发送，这个过程不可见
  • 从安全角度看，GET 不安全，因为 URL 可见；POST 较 GET 安全度高
  • 从编码角度看，GET 只接受 ASCII 字符，向服务器发送中文字符可能会出现乱码；POST 支持标准字符集，可以正确传递中文
  • 从数据长度的限制看，GET 一般受 URL 长度限制（URL 的最大长度是 2048 个字符），POST 无限制


HTTP 状态码


RFC 标准把状态码分成了五类 ，用数字的第一位表示分类，而 0~99 不用，这样状态码的实际可用范围就大大缩小了，由 000~999 变成了 100~599。


这五类的具体含义是：


  • 1××：提示信息，表示目前是协议处理的中间状态，还需要后续的操作；
  • 2××：成功，报文已经收到并被正确处理；
  • 3××：重定向，资源位置发生变动，需要客户端重新发送请求；
  • 4××：客户端错误，请求报文有误，服务器无法处理；
  • 5××：服务器错误，服务器在处理请求时内部发生了错误。


目前 RFC 标准里总共有 41 个状态码


101 - Switching Protocols，客户端使用 Upgrade 头字段


200 - 请求成功


204 - 无内容，服务器成功处理了请求，但没有返回任何内容。


206 - 一般用来做断点续传，或者是视频文件等大文件的加载


301 - 永久重定向


302 - 临时重定向


304 - 未修改协商缓存，返回缓存中的数据。它不具有通常的跳转含义，但可以理解成 重定向到缓存的文件（即缓存重定向）


400 - 请求中语法错误


401 - 未授权


403 - 服务器收到请求，但是拒绝提供服务，即资源不可用


404 - 无法找到请求资源


408 Request Timeout - 请求超时


414 - 请求 URI 过长（如图一新浪常有）


500 - 服务器内部错误


501 - 尚未实施：服务器不具备请求功能


502 - 网关错误


503 - 服务器不可用，主动用503响应请求或 Nginx 设置限速，超过限速，会返回503


504 - 网关超时


这里要对 304 做一下说明，当请求头 If-Modified-Since 或 If-None-Match  中判断修改时间是否一致（或唯一标识是否一致），是，则返回304，使用浏览器内存中的本地缓存；不一致则说明要更新，继续请求资源放回给客户端，并带上 Last-Modified 或 ETag


请求方式


HTTP/1.1 规定了八种方法，都必须是大写形式


  • GET：获取资源，可以理解为读取或者下载数据。只有GET请求才能起到缓存效果
  • HEAD：获取资源的元信息
  • POST：像资源提交数据，相当于写入或上传数据
  • PUT：类似 POST
  • DELETE：删除资源
  • CONNECT：建立特殊的连接隧道
  • OPTIONS：列出可对资源实行的方式
  • TRACE：追踪请求 - 响应的传输路径


浏览器渲染


当HTTP 请求完毕后，断开 TCP 连接，将资源返回给客户端（浏览器）。此时浏览器要判断是否与打开的网站是同一个站点。因为如果是同一个站点的话，则可使用同站点的渲染进程渲染页面，如果不是，浏览器则打开新的渲染进程解析资源


浏览器渲染的大致流程如下图所示：


image.png


我们可以将页面渲染分为三个步骤：


解析


  • HTML 被解析为 DOM 树，CSS 被解析为 CSS 规则树，JavaScript 通过 DOM API 和 CSSOM API 来操作 DOM Tree 和 CSS Rule Tree


渲染


  • 浏览器引擎通过 DOM Tree 和 CSS Rule Tree 构建 Rendering Tree（渲染树），这其中进行大量的 回流（Reflow） 和 重绘（Repaint）


  • 回流和重绘


  • 回流：意味着元件的几何尺寸变了，需要重新验证并计算 Render Tree
  • 重绘：屏幕的一部分需要重画，比如某个CSS 的背景色变了，但元件的几何尺寸没有变
  • 回流的成本要比重绘大


绘制


  • 最后通过操作系统（浏览器）的Native GUI的API绘制


其中，衍生出重绘和回流的问题，提高性能的方法之一就是减少浏览器的渲染时间，其中的一个优化点就是减少重绘和回流


减少回流和重绘的方法


  1. 不要一条条修改 DOM 样式，与其这样，不如预定义好CSS的class，然后修改DOM的样式


  1. 把DOM“离线”后修改


  1. 使用 documentFragment 对象在内存里操作 DOM
  2. 先把 DOM 给 display：none（有一次 Reflow），然后你想怎么改就怎么改，再把它显示出来
  3. clone 一个 DOM 节点到内存里，然后想怎么改就怎么改，改完后和在线的那个交换一下


  1. 不要把 DOM 节点的属性值放在一个循环中当作循环的变量，不然这会导致大量地读写这个节点的属性


  1. 尽可能地修改层级比较低的DOM


  1. 不要使用 table 布局


造成回流的属性：


width、height、padding、margin、border、position、top、left、bottom、right、float、clear、text-align、vertical-align、line-height、font-weight、font-size、font-family、overflow、white-space


造成重绘的属性：


color、border-style、border-radius、text-decoration、box-shadow、outline、background


记住一点，回流是与几何大小相关，重绘与大小无关


如此，从输入 url 到看到页面的整个流程就走完了


总结


这道题能衍生很多问题，从一题可以测试出面试者的HTTP、浏览器相关知识。正所谓”鹏怒而飞，其翼若垂天之云；水击三千里，碧空九万丈；好风凭借力，送我上青云。“。这道题之所以能成为经典题，不是没有它的原因的


笔者这里做一个总结，把这题可以衍生的知识点逐一列出，待君思索


浏览器方面


  • 浏览器架构


  • 由什么组成？浏览器主进程、GPU进程、多个渲染进程、多个插件进程、网络进程、音频进程、存储进程等
  • 渲染进程中有哪些进程？GUI渲染线程、JS 引擎线程、事件触发线程、网络异步线程、定时器线程
  • 进程和线程的区别？进程是应用程序创建的实例，而线程依托于进程，它是计算机最小的运行单位


  • 浏览器渲染


  • 两者的区别
  • 重绘和回流的属性
  • 如何减少重绘和回流，提高渲染性能
  • 渲染流程？解析、渲染、绘制
  • 重绘和回流


HTTP方面


  • HTTP缓存


  • HTTP/1.1 ETag/If-None-Match
  • HTTP/1.0 Last-Modified/If-Modified-Since
  • 精准度：ETag > Last-Modified
  • 性能：Last-Modified > ETag
  • HTTP/1.1 Cache-Control
  • HTTP/1.0 Expires
  • Cache-Control > Expires
  • 强缓存
  • 协商缓存


  • TCP/IP 连接


  • 三次握手、四次挥手


  • 网络层面的性能优化


  • HTTP/1.1的做法
  • HTTP/2 的做法
  • HTTP/3 的做法
  • 每个阶段采用的性能优化是有所不同的


参考资料


  • 浏览器的渲染原理简介[5]



  • 万字详文：深入理解浏览器原理[6]



  • 前端都该懂的浏览器工作原理[7]


[1] 《浏览器工作原理与实践》: https://time.geekbang.org/column/intro/100033601?tab=intro


[2] 现代浏览器内部揭秘: https://juejin.cn/post/6844903692890537992


[3] beforeunload: https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/API/Window/beforeunload_event


[4] demo: https://azhubaby.com/demo/beforeunload.html


[5] 浏览器的渲染原理简介: https://coolshell.cn/articles/9666.html


[6] 万字详文：深入理解浏览器原理: https://zhuanlan.zhihu.com/p/96986818?tdsourcetag=s_pctim_aiomsg


[7] 前端都该懂的浏览器工作原理: https://segmentfault.com/a/1190000022633988

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