注意看，她叫小美，在地址栏输入URL地址后发生了什么？

注意看，这个用户叫小美，他在地址栏输入了一串URL地址，然后竟然发生了不可思议的事情！

01、输入URL发生了什么？

从输入URL开始，到页面呈现出来，简单来说分为四个步骤：

• ① 建立连接：建立与服务器的网络通信连接，为正式数据传输做准备。
  • DNS域名解析：首先是取出URL中的域名，通过DNS域名解析获得到对应IP地址，计算机的TCP连接是基于IP地址的，域名只是给用户看的。
  • 建立TCP连接：HTTP连接是建立在TCP协议之上的，其数据传输功能是由TCP完成的。用上面获得IP地址，建立TCP连接：①请求 ➤ ②确认 ➤ ③建立连接，对，就是著名的三次握手。关于HTTP协议及连接过程可看上一篇 HTTP协议图文简述。
  • 如果是HTTPS连接，还需要多一步，进行SSL/TLS握手，建立加密通信机制。
• ② 获取数据：向服务端发送HTTP请求获取网页数据。
  • 发送HTTP请求：构造HTTP报文：请求头部header+ 请求包体body，然后发送HTTP请求。
  • 服务端响应：服务器监听80、443端口，当收到客户端的请求后响应处理，把HTML网页数据放在HTTP报文的包体body中，返回给客户端。
• ③ 解析渲染：客户端解析服务端返回的HTML网页内容，并进行渲染，最终呈现给用户。
  • 在解析过程中如果还有其他资源（如图片、JS、CSS），会继续构造相应的HTTP请求，重复步②、③骤获取数据、解析渲染。如果资源来自其他域名，则还需先经过步骤①建立连接。
• ④ 断开连接：完成页面的所有请求后，发起 TCP 四次挥手，断开连接。

✍️画个时序图吧！

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02、URL地址的构成？

URL（Uniform Resource Locator）统一资源定位符，用来标识网络上的唯一资源的地址，就是俗称的 网址。

URL格式：scheme://domain[:port][/path/.../][file][?query][#anchor]

主要包含以下几个部分：

• 协议（schema）：网络服务的类型，http、https等。
• 域名（domain）：或主机名，一般域名为www.taobao.com，也可以为IP地址（60.191.55.43）。
• 端口号（port）：主机的端口号，HTTP=80，HTTPS=443，默认端口号可省略。
• 网站的资源地址：属于网站内部的内容地址，包括多个部分：
  • 资源路径：网站根目录下的子目录（path）+资源名称（filename）。
  • 参数（?query）：问号"?"后面的key=value&...结构的参数，用于服务器查询。
  • 锚点（#anchor）：网址最后#开头的部分，网页内部定位，在浏览器端使用，服务端不会管。

URL常见协议：

• http：超文本传输协议访问远程网络资源，https为安全版本的http。
• file：访问本地计算机资源。
• maito：访问电子邮箱地址。
• ftp：访问远程FTP服务器上的文件资源，默认端口21。

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03、建立连接

3.1、DNS域名解析

DNS 域名解析系统（Domain Name System） 是用来解析域名的（domain name），把域名解析为计算机能够识别的IP 地址（IP address）。

• 域名 面向用户：为了便于人们使用，易于识别、记忆，相当于是对IP地址的装饰，如www.baidu.com。
• IP地址 面向机器：是网络IP协议提供的逻辑地址，固定长度的数字符号，给机器用的，IPv4 是 32 位，IPv6 是 128 位。ping www.baidu.com //14.215.177.38

DNS 系统中保存了一张域名、IP 地址的映射表，记录了互联网上所有的域名和IP的数据。但实际的上这张表不是在单一服务器上，他是分布式存储在全球很多地方。所以域名解析的过程，就是在这些分布式的DNS服务器上去检索，直到找到域名对应的IP地址。

1. 本地缓存，如hosts文件、浏览器的域名缓存、系统域名缓存、路由器缓存。缓存是个好东西，最近解析过的域名会被缓存起来，所以第二次再打开网页更快了，当然这里还有其他原因，如HTTP连接缓存、已下载的资源缓存等。
2. 公共域名服务器，一般是网络服务商ISP(internet server provider )提供的的DNS servers，如如中国电信、中国移动。或本机设置的DNS，如阿里、百度、Google提供的DNS服务器。
3. 根服务器：这是整个互联网的核心服务器，属于顶级域名服务器，全球共13台。这里存了所有DNS服务器的索引，在这里查找对应的主域名服务器。
4. 域名服务器，如.com为顶级域名服务器，到该服务器继续查找，如此递归/迭代查询，直到找到对应IP返回给客户端。

DNS 是基于 UDP协议 通信的。

• 在实际网页中，可能有来自多个站点的资源，不仅有自己网站的网页内容，还有A网站的图片、B网站的JS库，C网站的CSS库等，就意味着每一个域名都要先经过DNS查询获取具体的IP地址。

3.2、常用公共DNS服务器

DNS服务器	IP地址
阿里 DNS：	223.5.5.5 、 223.6.6.6
百度 DNS：	180.76.76.76
Google DNS：	8.8.8.8 、 8.8.4.4
360 DNS：	101.226.4.6 、 123.125.81.6
腾讯云DNS	183.60.83.19
114DNS	114.114.114.114、114.114.115.115

3.3、维持连接

完成一次 HTTP 请求后，服务器并不是马上断开与客户端的连接。在 HTTP/1.1 的header中Connection: keep-alive 是默认启用的，表示持久连接，以便后续请求可以复用HTTP连接。实际一个网页往往有多个请求（图片、CSS、JS），后面的请求就不用重新建立网络连接了，从而节约开销，提高加载速度。

但是一直保持TCP连接，是有开销的，特别是大并发场景时的服务端，因此长链接也是有一定限制的，如果长时间都没有请求就关闭了。另外如果一方意外断开了，如浏览器被强制关闭了，服务端也不可能一直等着，这就需要一个保活探测机制，类似心跳来判断对方是否还活着。

在反向代理软件 Nginx 中，持久连接超时时间默认值为 75 秒，如果 75 秒内没有新到达的请求，则断开与客户端的连接。同时，浏览器每隔 45 秒会向服务器发送 TCP keep-alive 探测包，来判断 TCP 连接状况，如果没有收到 ACK 应答，则主动断开与服务器的连接。

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04、请求、响应数据

浏览器构造HTTP报文：请求头部header+请求包体body，然后发送HTTP请求。示例中的“https://www.baidu.com/s?wd=china”请求为GET，参数在URL上，请求头body没有数据。关于HTTP协议及请求、应答过程更多可看上一篇 HTTP协议图文简述。

请求HTTP报文：

GET /s?wd=china HTTP/1.1
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/webp,image/apng,*/*;q=0.8,application/signed-exchange;v=b3;q=0.9
Accept-Encoding: gzip, deflate, br
Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.9,en;q=0.8,en-GB;q=0.7,en-US;q=0.6
Connection: keep-alive
Host: www.baidu.com
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/107.0.0.0 Safari/537.36 Edg/107.0.1418.35
sec-ch-ua: "Microsoft Edge";v="107", "Chromium";v="107", "Not=A?Brand";v="24"
sec-ch-ua-mobile: ?0
sec-ch-ua-platform: "Windows"

响应HTTP报文：服务器监听80、443等WEB端口，当监听收到客户端的请求后响应处理，把网页数据放在HTTP报文的包体body中，返回给客户端。服务端的实际处理过程要复杂的多，可能还涉及负载均衡、反向代理、网关、WEB服务器、应用服务器、数据库，及CDN等。

• 如下示例，响应头header中有些是百度自定义扩展的字段。

HTTP/1.1 200 OK
Bdpagetype: 3
Bdqid: 0xadfe12d00008e897
Cache-Control: private
Connection: keep-alive
Content-Encoding: br
Content-Type: text/html;charset=utf-8
Date: Fri, 25 Nov 2022 09:37:39 GMT
Server: BWS/1.1
Set-Cookie: delPer=0; path=/; domain=.baidu.com
Set-Cookie: BD_CK_SAM=1;path=/
Set-Cookie: PSINO=6; domain=.baidu.com; path=/
Set-Cookie: BDSVRTM=26; path=/
Strict-Transport-Security: max-age=172800
Vary: Accept-Encoding
X-Frame-Options: sameorigin
X-Ua-Compatible: IE=Edge,chrome=1
Transfer-Encoding: chunked

• 响应内容：就是HTML字符串内容，共计7084行，这些内容在下一步由浏览器渲染引擎进行解析，并最终渲染展示出来。

<!DOCTYPE html>
<!--STATUS OK-->
<html class="">
  <head>
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge,chrome=1">
    <meta http-equiv="content-type" content="text/html;charset=utf-8">
    <meta content="always" name="referrer">
    <meta name="theme-color" content="#ffffff">
    <link rel="shortcut icon" href="/favicon.ico" type="image/x-icon" />
    <link rel="icon" sizes="any" mask href="//www.baidu.com/img/baidu_85beaf5496f291521eb75ba38eacbd87.svg">
    <link rel="search" type="application/opensearchdescription+xml" href="/content-search.xml" title="百度搜索" />
    <title>china_百度搜索</title>
  </head>
  <body>
  </body>
</html>

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05、浏览器解析、渲染

解析服务端返回的HTML网页数据，并进行渲染，这个过程的5个关键步骤：①构建DOM ➤ ②构建CSS规则树 ➤ ③构建渲染树 ➤ ④布局 ➤ ⑤绘制。

✍️画个图大概就是这样：

• ① DOM 树：根据 HTML 解析出 DOM 树（DOM Tree）
  • 从上往下解析HTML内容，按照标签结构构造DOM树，构建过程采用深度优先遍历，即先构建当前节点的所有子节点，然后才继续下一个兄弟节点。
  • 当遇到外部css链接文件、图片资源时，会异步发起资源请求，不影响HTML解析。
  • 解析中如遇到<script>脚本（没有async、defer），会等待脚本执行完才继续，如果是外部JS文件，还得等JS先下载再执行。这么做的目的是JS代码可能会修改DOM树和CSS样式，避免造成回流和重绘。
  • 遇到设置async和defer的<script>脚本，创建新的线程异步加载，继续解析HTML。async加载完马上执行，defer在DOMContentLoaded前执行。

• ② CSS规则树：根据 CSS 解析生成 CSS 规则树（CSS Rule Tree）
  • 对CSS内容进行词法分析、语法分析，解析CSS规则，构建CSS规则树。
• ③ 渲染树：DOM 树 + CSS 规则树，生成 渲染树 （Render Tree）
  • 渲染树只包含需要显示的节点，及其样式信息，样式信息是来自CSS规则树的样式规则（CSS Rule）。
• ④ 布局/回流：根据渲染树计算每一个节点的位置的过程，就是布局。
  • 布局（Layout）：通过渲染树中渲染对象的信息，计算出每一个渲染对象的确切位置和尺寸，就是布局的过程。HTML的布局是自上而下、从左到右流式排列，位置是是会相互影响的，一个元素位置、大小变化会影响整体（其后续）布局，导致回流的发生。布局的开销是比较大的，要尽量避免频繁布局。
  • 回流（Reflow）：某个部分发生了变化影响了布局，如DOM的新增、删除，某个元素的位置尺寸发生了变化，那就需要倒回去重新布局>渲染。
• ⑤ 渲染：根据计算好的信息绘制页面，通过调用操作系统Native GUI的API绘制，将呈现器的内容显示在屏幕上。
  • 重绘（Repaint）：某个元素的背景颜色，文字颜色的变化，不影响元素周围或内部布局，不需要重新布局，就需只需要浏览器重绘即可。

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06、有什么启示？-优化建议

用户每次上网不就是在干这个事情么，输入网址，等待网页加载，查看网页内容，或者网页加载太慢就咔嚓换一个，就是这么无情。了解从URL输入到页面展现的详细过程，可以更好帮助我们在各个环节去优化我们的WEB页面。

• ① 提高连接速度：
  • 尽量合理控制网页中资源的来源，如果来自很多个域名，如第三方、二级域名，每个域名都要DNS解析和建立TCP连接。
  • 不过上述方式需要根据实际情况来考虑，过多、过少都不一定就好，还得考虑浏览器的并发请求限制、资源类型、网络环境、终端设备类型、CDN等。
  • DNS预解析，提前解析域名获得IP：<link rel="dns-prefetch" href="//blog.poetries.top">
• ② 提高资源加载速度：
  • 减少请求次数：有些资源可以合并，如小图片，CSS片段等。多利用缓存，本地缓存静态资源。
  • 减少资源大小：图片压缩、资源压缩（gzip），减少不必要的资源，按需加载等。
  • 启用HTTP2，优化header，减少请求大小；多路复用，可并行请求响应。
  • 预加载与懒加载：预先加载一些需要用到的资源，延后加载一些非必须的资源。
• ③ 提高网页解析、渲染速度：尽量减少回流、重绘。
  • 避免频繁操作DOM结构，及改变元素的大小、位置。
  • 使用 transform 替代 top、left定位，transform只是DOM节点本身的变换，不影响布局，就不会造成回流。
  • 少用table布局，局部的修改会造成整个table的重新布局。
  • 将JS放在body的最后面，可以避免资源阻塞，使静态的HTML页面尽快显示。
• 注意防脱，注意远离前端开发...

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参考资料

• HTTP协议图文简述
• 浏览器工作原理与实践
• 浏览器输入 URL 后发生了什么？
• 浏览器的渲染原理简介
• 浏览器原理
• 图解：浏览器是如何工作的？

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