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URL解析

先进行 URL 解析，看看输入的内容是否符合 URL 规则（解析 URL 提取出协议、域名、端口号，对于一些特殊字符，在传递的时候需要进行编码解码）。

  • encodeURI、decodeURI可以对中文、空格等编码解码，适用于 URL 本身
  • encodeURIComponent、decodeURIComponent范围更广，会编码解码一些特殊字符如 :/?=+@#$,适用于给参数编码解码

缓存检查

URL 符合规则，浏览器进程会通过进程通信将 URL 请求发送给网络进程，网络进程会依次查找 Memory Cache、Disk Cache中是否有缓存内容，有且没过期则使用，否则则发送网络请求。

DNS 解析

网络请求第一步就是先进行 DNS 解析，获取请求域名服务器的 IP 地址。

什么是 DNS 解析，每台计算机都有一个唯一 IP 地址，但是 IP 地址不方便记忆，所以采用更方便记忆的网址去查找其他计算机，将网址转换成 IP 地址的过程就是 DNS 解析。

域名解析是一个递归查询 + 迭代查询的过程。

  1. 浏览器缓存，向浏览器的缓存中读取上一次的访问记录
  2. 操作系统的缓存，查找存储在系统运行内存中的缓存
  3. 在 host 文件中查找
  4. 路由器缓存：有些路由器会把访问过的域名存在路由器上
  5. ISP互联网服务提供商缓存，比如 114.114.114.114，
  6. 缓存中找不到，则本地 DNS 服务器进行迭代查询：. 根 DNS 服务器 -> .com 顶级服务器 -> 主域名服务器 -> ...，直到服务器返回对应的 IP

DNS 负载均衡：

网站对应的 IP 不止一个，DNS 可以根据每台机器的负载量、距离用户的距离等返回一个合适的服务器 IP 给用户，这个过程就是 DNS 负载均衡，又叫做 DNS 重定向。 CDN 就是利用 DNS 的重定向技术， DNS 会返回一个用户最接近的点的 IP 给用户。

TCP 连接三次握手

拿到 IP 后，(检查当前域名是否达到 TCP 连接上限)，通过三次握手进行 TCP 连接

tcp3.png

三次握手：

  1. 第一次：客户端发送 SYN 包和初始序号 seq = x 给服务端，此时客户端状态为 SYN-SENT
  2. 第二次：服务端收到 SYN 包后，将标识位 SYN 和 ACK 置为1，确认序号 ack = x + 1, 初始序号 seq = y 发送给客户端，此时服务端状态为 SYN-RECEIVED
  3. 第三次：客户端收到后，将标识位 ACK 置为1, 确认序号 ack = y + 1, 自己的序号 seq = x + 1, 发送给服务端，服务端收到后也将状态切换为 ESTABLISHED

三次握手抽象版：

  1. 客户端：你是服务端吗
  2. 服务端：是的，我是服务端，你是客户端吗
  3. 客户端：是的，我是客户端
  • seq序号，用来标识从TCP源端向目的端发送的字节流，发起方发送数据时对此进行标记
  • ack确认序号，只有ACK标志位为1时，确认序号字段才有效，ack=seq+1 标识位：
  • ACK：确认标识，用于表示对数据包的成功接收。
  • SYN：同步标识，表示 TCP 连接已初始化，发起一个新连接。
  • FIN：完成标识，释放一个连接，用于拆除上一个 SYN 标识。一个完整的TCP连接过程一定会有 SYN 和 FIN 包。

为什么不能两次握手？

TCP 的特点的可靠传输，服务端和客户端都需要可靠传输，就需要确认双方的发送和接收能力，第一次握手确认了客户端的发送能力，第二次确认了服务端的发送和接收能力，第三次确认了客户端的接收能力

两次握手，服务器不能确定客户端已经收到了确认请求，不能确认是否建立好了连接。服务器认为建立好了连接，发送数据包，结果发的包客户端没收到，那么攻击服务器就很容易了，只发包不收包。

TCP 和 UDP 的区别：

  • TCP 是一个面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层协议，TCP 会精准记录哪些数据发送了，哪些数据被对方接收了，哪些没有被接收到，而且保证数据包按序到达，不允许半点差错。这是有状态, 当意识到丢包了或者网络环境不佳，TCP 会根据具体情况调整自己的行为，控制自己的发送速度或者重发。这是可控制。
  • UDP 是一个面向无连接的传输层协议，无状态、不可控。

HTTP请求

TCP 连接建立之后，浏览器端会构建请求行、 请求头等信息，并把和该域名相关的 Cookie 等数据附加到请求头中，然后向服务器发送构建的请求信息。如果是 HTTPS，还需要进行 TSL 协商。

服务器检查 HTTP 请求头是否包含缓存验证信息进行协商缓存：

协商缓存

Last-Modified 和 If-Modified-Since：

Last_Modified 表示本地文件的最后修改时间，If-Modified-Since 会将 Last-Modified 的值发送给服务器询问该资源是否有更新，如果有更新就会将新的资源发送回来，否则返回 304 状态码，代表资源无更新，继续使用缓存文件。

Last-Modified 弊端：

  1. 如果文件只是被打开，没有修改，也会造成 Last-Modified 修改，服务器不能命中缓存。
  2. 只能以秒计时，如果在毫秒级的时间内修改了文件，服务器 Last-Modified 的值并不会修改，会返回304，浏览器就会是自己的缓存 。

ETag 和 If-No-Match

ETag 是文件指纹，If-No-Match 会将 ETag 发送给服务器，查询该资源 ETag 是否变动，有变动的话就将新的资源发送回来。ETag 优先级高于 Last-Modified。

启发式缓存

如果什么缓存都没设置，浏览器通常会响应头中的 Date 减去 Last-Modified 值的 10% 作为缓存时间。

状态码

状态码用于表示服务器对请求的处理结果

  • 1xx：指示信息——表示请求已经接受，继续处理
    • 100 Continue 一般在发送 post 请求时，已发送了 http header 之后服务端返回此信息，表示确认，之后发送具体参数信息。
  • 2xx：成功
    • 200 OK 正常返回信息
    • 201 Created 请求成功并且服务器创建了新的资源
    • 202 Accepted 服务器已接受请求，但尚未处理
  • 3xx：重定向
    • 301 Moved Permanently 永久重定向
    • 302 Found 临时重定向
    • 303 See Other 临时重定向，且总是使用 GET 请求新的 URI
    • 304 Not Modified 请求内容未改动，走缓存
  • 4xx：客户端错误
    • 400 Bad Request 服务器无法理解请求格式
    • 401 Unauthorized 请求未授权
    • 403 Forbidden 禁止访问
    • 404 Not Found 找不到与 URI 相匹配的资源
  • 5xx：服务器错误。
    • 500 Internal Server Error 服务器内部错误
    • 503 Service Unavailable 服务器暂时无法处理请求

四次挥手

tcp4.png

数据传输完后，如果请求头或响应头里没有 connection: keep-alive，则需要四次挥手断开 TCP 连接，否则会保持连接通道，这样下一次在发送请求，就无需再次TCP三次握手了，节省了网络通信时间。

http1.0 中默认 Connection 并不是 keep-alive，需要手动处理，但是 HTTP1.1 之后，Connection：keep-alive 已经被列入了规范，现在基本都是默认就是长连接，前提是同一个源，向不同源发送请求要重新建立通道。

四次挥手：

  • 第一次：客户端主动关闭放发送一个 FIN，用来关闭客户端到服务端的数据传输，告诉服务端我不会给你发送数据了
  • 第二次：服务端收到 FIN 包后，发送一个 ACK 给客户端，确认序号为收到序号 + 1
  • 第三次：服务端发送完数据后，服务端发送一个 FIN，用来关闭服务端到客户端的数据传输，告诉客户端我不会给你发数据了
  • 第四次：客户端收到 FIN 后，发送一个 ACK 给服务端，确认序号为收到序号 + 1，完成四次挥手

四次挥手抽象版：

  1. 客户端：服务端，我要和你断开连接
  2. 服务端：好的，断吧
  3. 服务端：我也要和你断开连接
  4. 客户端：好的，断吧

四次握手后，客户端还会等待 2MSL（MSL:最长报文段寿命，一般2min） 的时间，为了保证客户端发送的 ACK 报文能够到达服务器，因为这个报文可能会丢失，服务器收不到确认会超时重传 FIN + ACK 报文段，客户端能在 2MSL 时间内收到这个重传的报文段，然后客户端重新确认。

为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次挥手？

  • 服务端接收到客户端的 SYN 连接请求报文后，可以直接发送 SYN + ACK 报文
  • 但是关闭连接时，当服务端接收到 FIN 报文时，很可能并不会立即关闭连接，所以只能先回复一个 ACk 报文，告诉客户端你发的 FIN 报文我收到了，只有等服务端所有的报文发送完了，我才能发送 FIN 报文，因此不能一起发送，所以需要四次。

客户端解析资源

  • 浏览器拿到资源会根据资源类型进行处理，比如是 gzip 压缩后的文件则进行解压缩，如果响应头 Content-type 为 text/html，则开始解析 HTML HTML Parser 对 HTML 文件进行处理，根据 HTML 标记关系构建 DOM 树。
    • 解析过程中遇到图片、link、script会启动下载。
    • script标签会阻塞 DOM 树的构建，所以一般将 script 放在底部，或者添加 async 、defer 标识。
    • css 下载时异步，不会阻塞浏览器构建 DOM 树，但是会阻塞渲染，在构建布局树时，会等待 css 下载解析完毕后才进行。
  • 渲染引擎将 CSS 样式表转化为浏览器可以理解的 styleSheets，转换样式表中的属性使其标准化em => px; bold => 700。
  • 根据 DOM 树和 styleSheets 构建布局树，计算出元素的布局信息，display: none不可见节点以及 head 这种不可见标签不会插入到布局树里
    • 构建 DOM 树、构建 CSSOM 树、构建树并不是严格的先后顺序，为了让用户能尽快看到网页内容，都是并行推进的
  • 对布局树进行分层，生成图层树。
    • position: fixed/absolute、z-index:2、filter: blue(5px)、opacity: .5等拥有层叠上下文属性的元素会进行分层、或者内容需要裁减
  • 绘制图层需要一个个绘制指令，渲染线程将包含绘制指令的绘制列表提交给合成线程，绘制操作是由合成线程来完成的
  • 合成线程将图层划分为一个个图块，优先处理靠近视口的图块，对其进行栅格化处理生成位图
    • 通常，栅格化过程会采用 GPU 加速生成，渲染进程把生成图块的指令发送给 GPU 进程，GPU 生成最终的位图并保存在内存之中
  • 一旦所有图块都被光栅化，合成线程向浏览器进程提交一个绘制图块的命令，将其内容绘制到内存之中，最后显示在屏幕上

优化

  • 尽早的把 CSS 下载到客户端，充分利用 HTTP 多请求并发机制，且 CSS 下载并不会阻塞渲染，style、link、@import 放到页面顶部
  • 避免 JS 加载阻塞渲染，添加 async、defer 标识，标签放到页面底部
  • 减少 DOM 的回流和重绘

async 和 defer 都是异步的，使用 async 标志的脚本文件一旦加载完成，会立即执行；而使用了 defer 标记的脚本文件，需要在 DOMContentLoaded 事件之前执行。

重绘：元素样式的改变，但是宽高、大小、位置等不变，比如：color、background、visibility 等

回流：元素的大小或者位置发送了变化，触发了页面的重新布局，甚至调用方法或属性getComputedStyle、clientWidth，为了保证得到的结果是即使性和准确性，导致布局树重新计算布局和渲染。

优化策略：

  • 减少回流范围：避免使用 table 布局，因为一个小改动可能会造成整个 table 的重新布局
  • 避免逐条改变样式，使用类名去合并样式
  • 使用 documentFragment 操作 dom，操作完成后再添加到文档中
  • 避免频繁读取会引发回流/重绘的属性，如果确实需要多次使用，就用一个变量缓存起来。
  • 动画效果应用到 position 属性为 absolute、fixed 元素上，脱离文档流，单独渲染区域
  • CSS3 硬件加速， transform、opacity 等属性会触发 GPU 加速，不会引发回流和重绘，但是过多使用可能会占用大量内存，性能消耗严重
  • 现代浏览器会自己缓存一个 flush 队列，然后一次性清空。

性能优化

DNS 优化

  • DNS 预解析
  • 采用 CDN，DNS 负载均衡
<meta http-equiv="x-dns-prefetch-control" content="on">
<link rel="dns-prefetch" href="//g.alicdn.com" />

网络连接优化

  • 分服务器部署，区分 web 服务器、资源服务器、数据服务器，增加 HTTP 并发性
  • 减少 TCP 的三次握手和四次挥手：HTTP1.1默认开启的 Connection: keep-alive

数据缓存

  • 对于静态资源文件实现强缓存和协商缓存
  • 对不经常更新的接口数据采用本地存储做数据缓存，比如地区数据

数据传输

  • 减少数据传输的大小
  1. 利用工具如 webpack 对传输内容进行压缩
  2. 服务端开发 GZIP 压缩，一般能压缩 60% 左右
  3. 大批量数据分批次请求，下拉刷新，分页
  • 减少 HTTP 请求的次数
  1. 资源文件合并处理
  2. 小图片转成 base64，但是可能会造成图片大小增加 1/3

采用 HTTP2.0

HTTP1.1 虽然在串行请求可以通过 Connection: keep-alive 复用同一个 TCP 连接，如果是并行发送多个请求，会建立多个连接，但是浏览器一般限制会限制同一域名下最多同时可以建立6个连接。

  • 请求阻塞：在并发请求达最大限制时，请求必须等到上一个请求完成后，才可以复用这个 TCP 发出下一个请求，所以会受到前面请求的阻塞。
  • 线头阻塞：请求响应的顺序必须和请求发送的顺序一致，如果后发送的请求响应完成了，也要等前面的阻塞的请求返回。

多路复用：允许同时通过单一的 HTTP2.0 连接发起的多重请求 - 响应消息，连接通道是共享的

HTTP2.0 的传输是基于二进制帧的，每个 TCP 连接中，都有多个双向流通的流，每个流都有独一无二的标识和优先级，而流就是由二进制帧组成的。二进制帧会标识自己是属于哪个流的，所以这些流可以交错传输，在接收端根据帧头组装成完整的信息，解决线头堵塞的问题。

头部压缩：HTTP1.x 的 header 中带有大量的信息，每次都要重复发送，HTTP2.0 使用 HPACK 算法对 header 数据进行压缩，减少需要传输的 header 大小，通讯双方各自缓存一个头部字典表，可以差异化更新头部，减少需要传输数据的大小

参考文章

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