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输入URL回车后的全过程

检查缓存

当浏览当浏览器输入一个 URL 时,它会先检查本地缓存,看请求的资源是否已经存在并且还在有效期内。这是为了加速页面加载速度。 具体过程是:

  1. 浏览器通过哈希 URL 计算出一个唯一的 key,用于查找缓存。
  2. 在浏览器缓存(内存或本地磁盘)中根据该 key 查找资源。
  3. 如果找到了缓存资源,并且没有超过该资源的最大缓存有效期,则直接使用缓存。
  4. 如果没有找到或缓存已过期,则需要发起网络请求,从服务器获取资源。
  5. 将新获取的资源写入缓存,供下次使用。

这一步主要目的是利用缓存机制加速二次加载,不需要每次都重新获取资源,提高页面性能。

对URL进行分析

当浏览器缓存中没有请求的URL对应的资源时,浏览器会对该URL进行语法解析,主要目的是提取出发起请求所需的关键信息,包括:

  1. 协议(Protocol):如HTTP、HTTPS、FTP等,标识使用什么应用层协议和该资源的传输方式。
  2. 域名(Domain name):资源所在服务器的域名地址,如www.example.com。
  3. 端口(Port):服务器开启的端口号,默认80端口(HTTP)和443端口(HTTPS)。
  4. 路径(Path):访问资源在服务器上的具体路径与文件名。
  5. 参数(Parameters):请求的参数,以键值对的形式附在URL路径的后面。
  6. 锚点(Anchor):页面内部锚链接位置。

通过解析URL字符串,浏览器可以区分出用户想要联系的服务器地址与路径,从而为后续步骤如DNS解析、建立连接做准备。这一步解析主要依据RFC 3986标准来实现,浏览器会逐一检验URL各部分的格式及长度限制,提取所需信息。如果URL不符合语法标准,将无法被浏览器正确解析与处理。 这一步的目的是提取发起网络请求所必须的关键参数,为后续流程做准备。URL的语法规范定义也使得这一解析过程得以标准化。

域名解析

在浏览器解析出URL中的域名后,下一步就是将域名转换成IP地址,这个过程称为域名解析(DNS解析)。

  1. 浏览器检查本地DNS缓存,看是否已经有解析过这个域名对应的IP地址。
  2. 如果缓存中没有,浏览器则向操作系统的本地DNS解析器发起域名解析请求。
  3. 本地DNS解析器也会先在其缓存中查找,如果未命中,则递归地向根DNS服务器发起解析请求。
  4. 根服务器返回负责这个域的顶级DNS服务器地址。
  5. 本地解析器向顶级DNS服务器发请求,重复递归查询,直到获取域名的权威DNS服务器。
  6. 权威DNS服务器持有该域名的记录,将对应的IP地址返回给本地解析器。
  7. 本地解析器将结果缓存,并返回IP地址给浏览器。

通过这样的递归查询,域名最终被转换成了用于建立连接的IP地址。这个过程遵循DNS协议,以分布式的DNS服务器实现域名与IP地址的映射数据库。 这一步的目的是通过可读的域名取得实际的IP地址,从而进行后续的网络通信。它也实现了域名和IP的解耦,使得网络通信更灵活易用。

TCP连接

获取到目标网站的IP地址后,浏览器会与其建立TCP连接,这个过程称为“三次握手”:

  1. 客户端向服务器的端口发出连接请求报文,设置SYN=1,随机选择一个初始序列号seq=x。
  2. 服务器收到syn报文,如果同意连接,则向客户端发回确认报文,确认号ack=x+1,同时也选择一个随机序号seq=y,设置SYN=1。
  3. 客户端收到确认报文,再向服务器发确认报文,确认号ack=y+1。

完成三次握手,连接建立,客户端与服务器正式开始TCP通信。 三次握手的目的是:

  1. 确定双方都准备好了通信,避免一方没准备好就被动收到数据。
  2. 同步双方的序列号,用于后续的数据传输。
  3. 交换TCP窗口大小信息。

其中,挥手在网络可靠性差的情况下重复发送,直至取得响应或超时放弃。 三次握手需要连接建立前的预先交涉,但可以防止各种异常情况的发生,保证双方准备就绪后再开始传输数据,使得TCP连接可靠。

发送HTTP请求

浏览器在TCP连接建立后会向服务器发送HTTP请求:

  1. 构造HTTP请求报文:浏览器会根据请求的资源和purpose,决定采用GET,POST还是其他方法,并根据情况构造请求路径,填写HTTP版本等字段。
  2. 请求行:首先是请求行,包含方法、请求URL和HTTP版本,例如:GET /index.html HTTP/1.1
  3. 请求头部:然后是各种请求头部,包含请求上下文相关的元信息,如Host, User-Agent, Accept等。
  4. 请求体:最后是请求体,POST方法时才有,包含要发送的数据。
  5. 发送请求:浏览器经过TCP连接发送构造的HTTP请求给服务器。
  6. 等待响应:发送请求后,浏览器等待服务器返回HTTP响应。
  7. 获取响应:服务器处理请求后,会返回包含响应状态码、响应头部、响应体的HTTP响应内容。
  8. 解析响应:浏览器接收到响应后,会根据状态码和内容来决定下一步行为。

以上就是浏览器构造HTTP请求并发送给服务器的基本过程,这是浏览器与服务器通信的第一步。

服务器接收并处理请求

服务器处理浏览器发来的HTTP请求并返回响应的详细步骤如下:

  1. 服务器上的Web服务端软件(如Apache、Nginx等)接收到浏览器请求。
  2. Web服务器对请求进行解析,提取出请求方法、URL、协议版本等信息。
  3. 检查请求的语法是否正确,请求资源是否存在。
  4. 调用相应的后端应用程序或者脚本语言(如PHP、Python等)来生成响应内容。
  5. 后端程序读取请求资源内容,从文件系统、数据库或通过计算生成。
  6. Web服务器将响应内容封装到HTTP响应报文。
  7. 设置状态码(200、404等)表示请求结果。
  8. 添加响应头,包含内容类型、长度等元信息。
  9. 把响应报文发送给浏览器。
  10. 对于动态内容,还可以在响应体中加入Cookies用于会话跟踪。
  11. 对于POST请求,服务器还要读取并处理请求体中的数据。
  12. 服务器会缓存静态资源,加速重复请求的响应。
  13. 根据情况,可能会重定向到其他URL地址。

以上涵盖了服务器从接收请求到发送响应的基本过程,实际上可能还更复杂,涉及权限、数据库、性能优化等处理。

浏览器处理响应

检查响应

浏览器接收到服务器响应后,会按以下步骤处理:

  1. 检查响应状态码

2XX范围表示成功,常见的有:

  • 200 OK - 请求成功
  • 206 Partial Content - 断点下载
  • 304 Not Modified - 资源未修改,直接使用缓存

3XX范围表示重定向,Location头指向新地址:

  • 301 Moved Permanently - 永久重定向
  • 302 Found - 临时重定向

4XX客户端错误,如:

  • 400 Bad Request - 请求语法错误
  • 404 Not Found - 找不到资源
  • 403 Forbidden - 没有权限

5XX服务器错误:

  • 500 Internal Server Error - 服务器内部错误
  • 503 Service Unavailable - 服务不可用
  1. 检查响应头信息

解析响应头,查看内容长度、类型、编码方式等元信息。

  1. 根据状态码决定下一步行为

如果是成功2XX代码,则继续处理响应体。3XX代码则重新请求重定向地址。4XX和5XX为错误码时要给用户错误提示。

  1. 读取并处理响应体

成功响应后,浏览器会根据响应头给定的内容类型解析响应体,并展示内容或者保存文件等。 这样浏览器就可以根据服务器返回的HTTP响应状态码和内容来决定下一步的处理,完成请求资源的获取。

根据资源类型分别处理

如果服务器返回的响应状态码表示正常(2XX),浏览器会根据响应头中的内容类型(Content-Type)来解析响应体并进行处理,常见的有:

  1. text/html - HTML文档
  • 浏览器会解析HTML内容,构建DOM树,加载解析过程中遇到的资源
  1. image/png、image/jpeg等 - 图片
  • 浏览器会解析出图片内容,并显示在页面中
  1. video/mp4等 - 视频文件
  • 浏览器会调用视频播放器开始播放
  1. application/javascript - Javascript脚本
  • 浏览器会执行脚本来修改DOM和行为
  1. text/css - CSS样式表
  • 浏览器会解析CSS来渲染页面
  1. application/json - JSON数据
  • 浏览器会解析JSON字符串并触发相应callback
  1. text/plain - 文本内容
  • 浏览器会直接显示文本
  1. application/octet-stream - 二进制文件
  • 浏览器会下载文件并存储在本地

不同类型的响应,浏览器会有不同的解析方式和处理流程,最大程度地恢复资源的原始内容和行为。

页面解析&渲染

这里主要涉及的是浏览器响应成功后获取到HTML文档后的步骤:

  1. 获取HTML文档:从响应内容中获取到要解析的HTML文档
  2. 解析HTML构建DOM树
    1. 浏览器使用解析器(parser)读取HTML代码,分割成标记(tag)、文本、注释等标记化(tokenized)后的 tokens。
    2. 根据HTML语法构建DOM节点树。遇到开始标签创建元素节点,遇到文本创建文本节点,注释也会创建节点。
    3. 每个节点是一个对象,保存了标签名、属性、内容等信息。节点之间根据嵌套关系建立父子关系。
    4. 其中<html>为根节点,<head><body>为子节点。其他各级节点也逐步添加为树结构。
    5. HTML的attribute会被解析为节点的属性。类似id、class等。
    6. 构建完成后形成一颗以HTML标签为节点的DOM树。
    7. 这个树描述了HTML文档的节点关系和内容信息,是后续CSS和JS可以访问的表示形式。
    8. 浏览器使用DOM API可以访问或修改DOM节点树的内容。
  3. 解析CSS构建CSSOM树
    1. 浏览器使用CSS解析器读取CSS代码,按照CSS语法规则分割为标记化的tokens。
    2. 浏览器会根据CSS规则生成对应样式规则(style rule)的节点对象。
    3. 每个节点包含了css选择器和对应声明的样式信息。
    4. 节点之间根据CSS的继承、层叠等规则建立树结构关系。
    5. 根节点是代表全局样式信息的根规则集(Root Style Sheet)。
    6. 每个规则下面连接具有对应选择器的规则节点。
    7. 构建完成后形成CSS对象模型(CSSOM)树结构。
    8. 树结构中每个节点代表一个可复用的CSS声明对象。
    9. 通过CSSOM API可以访问读取节点的样式信息。
  4. 构建Render树
    1. 浏览器将DOM树和CSSOM树结合,生成一个Render树(Render Tree)。
    2. Render树中的每个节点称为RenderObject,包含内容、样式和布局信息。
    3. 对于DOM上不影响渲染的节点,如script、meta,在Render树中不会创建对应的RenderObject。
    4. 对于每个可见的DOM节点,根据匹配的CSS规则,生成带有样式信息的RenderObject。
    5. 如果一个DOM节点被多个规则匹配,则根据CSS的层叠、继承、优先级等计算出一个综合样式。
    6. Render树的根节点是代表视窗的RenderObject。
    7. 子节点层层添加,形成代表页面结构与样式信息的Render树。
    8. Render树准确描述了页面的视觉表示与布局信息,用于下一步的布局和绘制。
    9. 当DOM或CSSOM更新时,可以增量更新Render树,无需全部重新构建。
  5. 布局(Layout)
    1. 从Render树的Root节点开始遍历所有对象,计算布局。
    2. 根据RenderObject的类型、属性,确定其显示模式,如块状或内联。
    3. 对块元素,计算其精确的位置、宽高等几何信息。
    4. 对内联元素,计算其在当前行内的定位。
    5. 父节点会影响子节点的布局,布局受包含块大小的影响。
    6. absolut positioning脱离普通流,根据offset parent定位。
    7. 浮动元素也会脱离普通流,但会影响兄弟元素布局。
    8. 创建行盒、块盒等箱模型表示内容区域。确定padding、margin、border大小。
    9. 计算滚动溢出、自动换行等,移动或裁剪元素。
    10. 布局完成后,每个RenderObject都确定了页面中的坐标位置。
  6. 绘制(Painting)
    1. 根据Render树和Layout结果遍历所有RenderObject。
    2. 根据节点类型和样式信息,绘制不同的UI内容,如文本、颜色、图像等。
    3. 对文本内容,根据font样式绘制文字图形。
    4. 对图片和视频,根据src绘制图像位图。
    5. 对颜色和背景,填充绘制颜色矩形区域。
    6. 绘制完成后,内容从逻辑坐标映射到设备坐标(屏幕像素)。
    7. 由上至下,由左至右顺序绘制,遵循层叠顺序。
    8. 创建堆叠上下文(Stacking Contexts)表示层叠和z轴次序。
    9. 绘制过程遵循各种CSS属性,如透明度、变形等效果。
    10. 使用GPU加速绘制提高性能。
    11. 绘制内容到设备缓冲区(Framebuffer),并显示在屏幕上。
  7. 合成(Compositing)
    1. 浏览器可能使用多个层(Layer)来分别绘制页面中的不同部分,以提高效率。
    2. 这些层需要按照正确顺序叠加到一起,以表示 DOM 层叠顺序。
    3. 根据堆叠上下文(Stacking Contexts)的 z-index 值决定层的堆叠顺序。
    4. 合成步骤会将这些层合并到最终的图层组合中。
    5. 如果某层需要透明效果,该图层需要与下层进行混合。
    6. 使用GPU上的复合器(Compositor)来进行图层的合成。
    7. 将合成的位图最终绘制输出到显示环节。
    8. 合成步骤还会考虑页面的动画、转换、阴影等效果。
    9. 如果内容变更,只需要重新绘制变更的层,而不需要全部重绘。
  8. 更新渲染树和重绘
    1. JS或用户交互可能会修改DOM树,也可能会变更CSS样式。
    2. 浏览器会监听这些变化,比如元素内容改变、样式表修改等。
    3. 当发生变化时,需要重新构建渲染树来反映更新后的状态。
    4. 对于影响渲染的DOM更改,需要同步更新渲染树对应的内容和样式信息。
    5. 如果仅仅是CSS规则变更,可以只更新渲染树中的样式信息。
    6. 对于新增或删除DOM节点,需要插入或删除对应渲染对象。
    7. 构建好新的渲染树后,进行后续的布局和绘制流程。
    8. 绘制时可能只需要重绘受变更影响的部分渲染树分支。
    9. 浏览器会尽量只重新绘制变更的部分,以提高效率。
    10. 完成后在界面上显示新的更新渲染结果。

以上是页面渲染的基本流程。

关闭TCP连接

浏览器与服务器建立TCP连接后,当HTTP请求响应全部完成时,它们会四次挥手关闭连接:

  1. 浏览器发送一个FIN标志位请求,表示客户端没有数据发送了,要关闭发送方向。
  2. 服务器接收到FIN后,发送一个ACK确认包,确认序号为收到序号+1。
  3. 服务器发送自己的FIN,表示服务端没有数据发送了,关闭发送方向。
  4. 浏览器收到服务器的FIN后,浏览器发送ACK确认包,确认序号再次+1。

这样四次挥手完成后,浏览器和服务器都没有数据要发送了,连接关闭。 关闭连接的目的是:

  1. 通知对方我已经没有数据要发送了。
  2. 确认对方知道我要关闭连接了。
  3. 同意对方也可以关闭连接了。
  4. 对方确认知道我要关闭连接。

四次挥手的作用是保证双方都没有数据在网络中传输时,才可以安全关闭连接,防止数据丢失。 只有当浏览器和服务器都没有需要TCP连接进行传输的数据时,才可以进行四次挥手关闭连接,节省系统资源。