面试官问:浏览器输入 URL 回车之后发生了什么?

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每日英文

If someone hurts you, please continue good good, to enjoy life, hurt the same. One day, that person will be sorry to miss you.

如果有人伤害了你,请一如既往的善良美好,好好享受生活享受爱情,就像没受过伤一样。终有一天那个人会后悔错过你。


每日掏心话

面对嘲笑,总要努力一下,就算破茧变不成蝴蝶,也要变成幺蛾子晃花那些人的眼。


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面试官问:浏览器输入 URL 回车之后发生了什么?

程序员小乐(ID:study_tech)第 808 次推文 图片来自百度


往日回顾:最全最强解析:支付宝系统架构内部剖析(架构图)


正文


前言这个问题已经是老生常谈了,更是经常被作为面试的压轴题出现,网上也有很多文章,但最近闲的无聊,然后就自己做了一篇笔记,感觉比之前理解更透彻了。注意:本文的步骤是建立在,请求的是一个简单的 HTTP 请求,没有 HTTPS、HTTP2、最简单的 DNS、没有代理、并且服务器没有任何问题的基础上,尽管这是不切实际的。大致流程

  • URL 解析

  • DNS 查询

  • TCP 连接

  • 处理请求

  • 接受响应

  • 渲染页面


一、URL 解析

地址解析:首先判断你输入的是一个合法的 URL 还是一个待搜索的关键词,并且根据你输入的内容进行自动完成、字符编码等操作。HSTS由于安全隐患,会使用 HSTS 强制客户端使用 HTTPS 访问页面其他操作浏览器还会进行一些额外的操作,比如安全检查、访问限制(之前国产浏览器限制 996.icu)。检查缓存

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二、DNS 查询基本步骤
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1. 浏览器缓存浏览器会先检查是否在缓存中,没有则调用系统库函数进行查询。2. 操作系统缓存操作系统也有自己的 DNS缓存,但在这之前,会向检查域名是否存在本地的 Hosts 文件里,没有则向 DNS 服务器发送查询请求。3. 路由器缓存路由器也有自己的缓存。4. ISP DNS 缓存ISP DNS 就是在客户端电脑上设置的首选 DNS 服务器,它们在大多数情况下都会有缓存。根域名服务器查询在前面所有步骤没有缓存的情况下,本地 DNS 服务器会将请求转发到互联网上的根域,下面这个图很好的诠释了整个流程:
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根域名服务器(维基百科)需要注意的点
  • 递归方式:一路查下去中间不返回,得到最终结果才返回信息(浏览器到本地DNS服务器的过程)

  • 迭代方式,就是本地DNS服务器到根域名服务器查询的方式。

  • 什么是 DNS 劫持

  • 前端 dns-prefetch 优化


  • 三、TCP 连接


TCP/IP 分为四层,在发送数据时,每层都要对数据进行封装:

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1. 应用层:发送 HTTP 请求

在前面的步骤我们已经得到服务器的 IP 地址,浏览器会开始构造一个 HTTP 报文,其中包括:


  • 请求报头(Request Header):请求方法、目标地址、遵循的协议等等

  • 请求主体(其他参数)


其中需要注意的点:


  • 浏览器只能发送 GET、POST 方法,而打开网页使用的是 GET 方法


2. 传输层:TCP 传输报文

传输层会发起一条到达服务器的 TCP 连接,为了方便传输,会对数据进行分割(以报文段为单位),并标记编号,方便服务器接受时能够准确地还原报文信息。

在建立连接前,会先进行 TCP 三次握手。

关于 TCP/IP 三次握手,网上已经有很多段子和图片生动地描述了。

相关知识点:


  • SYN 泛洪攻击


3. 网络层:IP协议查询Mac地址

将数据段打包,并加入源及目标的IP地址,并且负责寻找传输路线。

判断目标地址是否与当前地址处于同一网络中,是的话直接根据 Mac 地址发送,否则使用路由表查找下一跳地址,以及使用 ARP 协议查询它的 Mac 地址。

注意:在 OSI 参考模型中 ARP 协议位于链路层,但在 TCP/IP 中,它位于网络层。

4. 链路层:以太网协议

以太网协议

根据以太网协议将数据分为以“帧”为单位的数据包,每一帧分为两个部分:


  • 标头:数据包的发送者、接受者、数据类型

  • 数据:数据包具体内容


Mac 地址

以太网规定了连入网络的所有设备都必须具备“网卡”接口,数据包都是从一块网卡传递到另一块网卡,网卡的地址就是 Mac 地址。每一个 Mac 地址都是独一无二的,具备了一对一的能力。

广播

发送数据的方法很原始,直接把数据通过 ARP 协议,向本网络的所有机器发送,接收方根据标头信息与自身 Mac 地址比较,一致就接受,否则丢弃。

注意:接收方回应是单播。

相关知识点:


  • ARP 攻击


服务器接受请求

接受过程就是把以上步骤逆转过来,参见上图。

四、服务器处理请求

大致流程

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HTTPD最常见的 HTTPD 有 Linux 上常用的 Apache 和 Nginx,以及 Windows 上的 IIS。它会监听得到的请求,然后开启一个子进程去处理这个请求。处理请求接受 TCP 报文后,会对连接进行处理,对HTTP协议进行解析(请求方法、域名、路径等),并且进行一些验证:
  • 验证是否配置虚拟主机

  • 验证虚拟主机是否接受此方法

  • 验证该用户可以使用该方法(根据 IP 地址、身份信息等)

  • 重定向假如服务器配置了 HTTP 重定向,就会返回一个 301永久重定向响应,浏览器就会根据响应,重新发送 HTTP 请求(重新执行上面的过程)。URL 重写然后会查看 URL 重写规则,如果请求的文件是真实存在的,比如图片、html、css、js文件等,则会直接把这个文件返回。否则服务器会按照规则把请求重写到 一个 REST 风格的 URL 上。然后根据动态语言的脚本,来决定调用什么类型的动态文件解释器来处理这个请求。以 PHP 语言的 MVC 框架举例,它首先会初始化一些环境的参数,根据 URL 由上到下地去匹配路由,然后让路由所定义的方法去处理请求。五、浏览器接受响应浏览器接收到来自服务器的响应资源后,会对资源进行分析。首先查看 Response header,根据不同状态码做不同的事(比如上面提到的重定向)。如果响应资源进行了压缩(比如 gzip),还需要进行解压。然后,对响应资源做缓存。接下来,根据响应资源里的 MIME[3] 类型去解析响应内容(比如 HTML、Image各有不同的解析方式)。六、渲染页面


浏览器内核

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不同的浏览器内核,渲染过程也不完全相同,但大致流程都差不多。

基本流程

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6.1. HTML 解析

首先要知道浏览器解析是从上往下一行一行地解析的。

解析的过程可以分为四个步骤:

① 解码(encoding)

传输回来的其实都是一些二进制字节数据,浏览器需要根据文件指定编码(例如UTF-8)转换成字符串,也就是HTML 代码。

② 预解析(pre-parsing)

预解析做的事情是提前加载资源,减少处理时间,它会识别一些会请求资源的属性,比如img标签的src属性,并将这个请求加到请求队列中。

③ 符号化(Tokenization)

符号化是词法分析的过程,将输入解析成符号,HTML 符号包括,开始标签、结束标签、属性名和属性值。

它通过一个状态机去识别符号的状态,比如遇到状态都会产生变化。

④ 构建树(tree construction)

注意:符号化和构建树是并行操作的,也就是说只要解析到一个开始标签,就会创建一个 DOM 节点。

在上一步符号化中,解析器获得这些标记,然后以合适的方法创建DOM对象并把这些符号插入到DOM对象中。













  • <title>Web page parsing/<title>

    Web page parsing

    This is an example Web page.


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浏览器容错进制

你从来没有在浏览器看过类似”语法无效”的错误,这是因为浏览器去纠正错误的语法,然后继续工作。

事件

当整个解析的过程完成以后,浏览器会通过DOMContentLoaded事件来通知DOM解析完成。

6.2. CSS 解析

一旦浏览器下载了 CSS,CSS 解析器就会处理它遇到的任何 CSS,根据语法规范[4]解析出所有的 CSS 并进行标记化,然后我们得到一个规则表。

CSS 匹配规则

在匹配一个节点对应的 CSS 规则时,是按照从右到左的顺序的,例如:div p { font-size :14px }会先寻找所有的p标签然后判断它的父元素是否为div。

所以我们写 CSS 时,尽量用 id 和 class,千万不要过度层叠。

6.3. 渲染树

其实这就是一个 DOM 树和 CSS 规则树合并的过程。

注意:渲染树会忽略那些不需要渲染的节点,比如设置了display:none的节点。

计算

通过计算让任何尺寸值都减少到三个可能之一:auto、百分比、px,比如把rem转化为px。

级联

浏览器需要一种方法来确定哪些样式才真正需要应用到对应元素,所以它使用一个叫做specificity的公式,这个公式会通过:


  • 标签名、class、id

  • 是否内联样式

  • !important


然后得出一个权重值,取最高的那个。

渲染阻塞

当遇到一个script标签时,DOM 构建会被暂停,直至脚本完成执行,然后继续构建 DOM 树。

但如果 JS 依赖 CSS 样式,而它还没有被下载和构建时,浏览器就会延迟脚本执行,直至 CSS Rules 被构建。

所有我们知道:


  • CSS 会阻塞 JS 执行

  • JS 会阻塞后面的 DOM 解析


为了避免这种情况,应该以下原则:


  • CSS 资源排在 JavaScript 资源前面

  • JS 放在 HTML 最底部,也就是


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