宏观视角下的浏览器

xiao_guo
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1. 并行处理

同一时刻处理多个任务，能提升性能

2.线程 VS 进程

多线程可以并行处理任务，但是线程是不能单独存在的，它是由进程来启动和管理的。

一个进程就是一个程序的运行实例。启动一个程序的时候，操作系统会为该程序创建一块内存，用来存放代码、运行中的数据和一个执行任务的主线程，我们把这样的一个运行环境叫进程。

线程是依附于进程的，而进程中使用多线程并行处理能提升运算效率。

  • 1.进程中的任意一线程执行出错，都会导致整个进程的崩溃。
  • 2.线程之间共享进程中的数据。
  • 3.当一个进程关闭之后，操作系统会回收进程所占用的内存。
  • 4.进程之间的内容相互隔离。
    • 数据通信机制：使用用于进程间通信（IPC）的机制

3.单进程浏览器时代

存在问题

  • 1.不稳定
  • 2.不流畅
  • 3.不安全

4.多进程浏览器时代

最新的 Chrome 浏览器包括：1 个浏览器（Browser）主进程、1 个 GPU 进程、1 个网络（NetWork）进程、多个渲染进程和多个插件进程。

  • 浏览器进程。主要负责界面显示、用户交互、子进程管理，同时提供存储等功能。
  • 渲染进程。核心任务是将 HTML、CSS 和 JavaScript 转换为用户可以与之交互的网页，排版引擎 Blink 和 JavaScript 引擎 V8 都是运行在该进程中，默认情况下，Chrome 会为每个 Tab 标签创建一个渲染进程。出于安全考虑，渲染进程都是运行在沙箱模式下。
  • GPU 进程。其实，Chrome 刚开始发布的时候是没有 GPU 进程的。而 GPU 的使用初衷是为了实现 3D CSS 的效果，只是随后网页、Chrome 的 UI 界面都选择采用 GPU 来绘制，这使得 GPU 成为浏览器普遍的需求。最后，Chrome 在其多进程架构上也引入了 GPU 进程。
  • 网络进程。主要负责页面的网络资源加载，之前是作为一个模块运行在浏览器进程里面的，直至最近才独立出来，成为一个单独的进程。
  • 插件进程。主要是负责插件的运行，因插件易崩溃，所以需要通过插件进程来隔离，以保证插件进程崩溃不会对浏览器和页面造成影响。

虽然多进程模型提升了浏览器的稳定性、流畅性和安全性，但同样不可避免地带来了一些问题：

  • 更高的资源占用。因为每个进程都会包含公共基础结构的副本（如 JavaScript 运行环境），这就意味着浏览器会消耗更多的内存资源。
  • 更复杂的体系架构。浏览器各模块之间耦合性高、扩展性差等问题，会导致现在的架构已经很难适应新的需求了。

5.未来面向服务的架构(简称 SOA)

Chrome 整体架构会朝向现代操作系统所采用的“面向服务的架构” 方向发展，原来的各种模块会被重构成独立的服务（Service），每个服务（Service）都可以在独立的进程中运行，访问服务（Service）必须使用定义好的接口，通过 IPC 来通信，从而构建一个更内聚、松耦合、易于维护和扩展的系统，更好实现 Chrome 简单、稳定、高速、安全的目标。

Chrome 最终要把 UI、数据库、文件、设备、网络等模块重构为基础服务，类似操作系统底层服务

6. TCP协议：如何保证页面文件能被完整送达浏览器？

FP(First Paint)：指从页面加载到首次开始绘制的时长。影响 FP 指标：其中一个重要的因素是网络加载速度。

在网络中，一个文件通常会被拆分为很多数据包来进行传输，而数据包在传输过程中又有很大概率丢失或者出错。

一个数据包的“旅程”

互联网，实际上是一套理念和协议组成的体系架构。

  • 1. IP：把数据包送达目的主机

    • 数据包要在互联网上进行传输，就要符合网际协议（Internet Protocol，简称 IP）标准。互联网上不同的在线设备都有唯一的地址，地址只是一个数字

    • 计算机的地址就称为 IP 地址，访问任何网站实际上只是你的计算机向另外一台计算机请求信息。

    • 如果要想把一个数据包从主机 A 发送给主机 B，那么在传输之前，数据包上会被附加上主机 B 的 IP 地址信息，这样在传输过程中才能正确寻址。额外地，数据包上还会附加上主机 A 本身的 IP 地址，有了这些信息主机 B 才可以回复信息给主机 A。这些附加的信息会被装进一个叫 IP 头的数据结构里。IP 头是 IP 数据包开头的信息，包含 IP 版本、源 IP 地址、目标 IP 地址、生存时间等信息。

    • 为了方便理解，先把网络简单分为三层结构，如下图：

      image.png 简化的 IP 网络三层传输模型

      • 上层将含有“百度”的数据包交给网络层；
      • 网络层再将 IP 头附加到数据包上，组成新的 IP 数据包，并交给底层；
      • 底层通过物理网络将数据包传输给主机 B；
      • 数据包被传输到主机 B 的网络层，在这里主机 B 拆开数据包的 IP 头信息，并将拆开来的数据部分交给上层；
      • 最终，含有“百度”信息的数据包就到达了主机 B 的上层了。
  • 2. UDP：把数据包送达应用程序
    IP 是非常底层的协议，只负责把数据包传送到对方电脑，但是对方电脑并不知道把数据包交给哪个程序。因此，需要基于 IP 之上开发能和应用打交道的协议，最常见的是“用户数据包协议（User Datagram Protocol）”，简称 UDP。

UDP 中一个最重要的信息是端口号，端口号其实就是一个数字，每个想访问网络的程序都需要绑定一个端口号。通过端口号 UDP 就能把指定的数据包发送给指定的程序了，所以 IP 通过 IP 地址信息把数据包发送给指定的电脑，而 UDP 通过端口号把数据包分发给正确的程序。和 IP 头一样，端口号会被装进 UDP 头里面，UDP 头再和原始数据包合并组成新的 UDP 数据包。UDP 头中除了目的端口，还有源端口号等信息。

为了支持 UDP 协议，我把前面的三层结构扩充为四层结构，在网络层和上层之间增加了传输层，如下图所示：

image.png 简化的 UDP 网络四层传输模型

  • 上层将含有“百度”的数据包交给传输层；
  • 传输层会在数据包前面附加上 UDP 头，组成新的 UDP 数据包，再将新的 UDP 数据包交给网络层；
  • 网络层再将 IP 头附加到数据包上，组成新的 IP 数据包，并交给底层；
  • 数据包被传输到主机 B 的网络层，在这里主机 B 拆开 IP 头信息，并将拆开来的数据部分交给传输层；
  • 在传输层，数据包中的 UDP 头会被拆开，并根据 UDP 中所提供的端口号，把数据部分交给上层的应用程序；
  • 最终，含有“百度”信息的数据包就旅行到了主机 B 上层应用程序这里。

在使用 UDP 发送数据时，有各种因素会导致数据包出错，虽然 UDP 可以校验数据是否正确，但是对于错误的数据包，UDP 并不提供重发机制，只是丢弃当前的包，而且 UDP 在发送之后也无法知道是否能达到目的地。

虽说 UDP 不能保证数据可靠性，但是传输速度却非常快，所以 UDP 会应用在一些关注速度、但不那么严格要求数据完整性的领域，如在线视频、互动游戏等。

  • 3.TCP：把数据完整地送达应用程序

对于浏览器请求，或者邮件这类要求数据传输可靠性（reliability）的应用，如果使用 UDP 来传输会存在两个问题：

  • 数据包在传输过程中容易丢失；
  • 大文件会被拆分成很多小的数据包来传输，这些小的数据包会经过不同的路由，并在不同的时间到达接收端，而 UDP 协议并不知道如何组装这些数据包，从而把这些数据包还原成完整的文件。

基于这两个问题，我们引入 TCP 了。TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。相对于 UDP，TCP 有下面两个特点:

  • 对于数据包丢失的情况，TCP 提供重传机制；
  • TCP 引入了数据包排序机制，用来保证把乱序的数据包组合成一个完整的文件。

和 UDP 头一样，TCP 头除了包含了目标端口和本机端口号外，还提供了用于排序的序列号，以便接收端通过序号来重排数据包。

下面看看 TCP 下的单个数据包的传输流程：

image.png 简化的 TCP 网络四层传输模型

通过上图你应该可以了解一个数据包是如何通过 TCP 来传输的。TCP 单个数据包的传输流程和 UDP 流程差不多，不同的地方在于，通过 TCP 头的信息保证了一块大的数据传输的完整性。

下面我们再看下完整的 TCP 连接过程，通过这个过程你可以明白 TCP 是如何保证重传机制和数据包的排序功能的。

从下图可以看出，一个完整的 TCP 连接的生命周期包括了“建立连接”“传输数据”和“断开连接”三个阶段。

440ee50de56edc27c6b3c992b3a25844.png 一个 TCP 连接的生命周期

  • 首先，建立连接阶段。这个阶段是通过“三次握手”来建立客户端和服务器之间的连接。TCP 提供面向连接的通信传输。面向连接是指在数据通信开始之前先做好两端之间的准备工作。所谓三次握手，是指在建立一个 TCP 连接时，客户端和服务器总共要发送三个数据包以确认连接的建立。
  • 其次，传输数据阶段。在该阶段，接收端需要对每个数据包进行确认操作，也就是接收端在接收到数据包之后，需要发送确认数据包给发送端。所以当发送端发送了一个数据包之后，在规定时间内没有接收到接收端反馈的确认消息，则判断为数据包丢失，并触发发送端的重发机制。同样，一个大的文件在传输过程中会被拆分成很多小的数据包，这些数据包到达接收端后，接收端会按照 TCP 头中的序号为其排序，从而保证组成完整的数据。
  • 最后，断开连接阶段。数据传输完毕之后，就要终止连接了，涉及到最后一个阶段“四次挥手”来保证双方都能断开连接。

到这里你应该就明白了，TCP 为了保证数据传输的可靠性，牺牲了数据包的传输速度，因为“三次握手”和“数据包校验机制”等把传输过程中的数据包的数量提高了一倍。

总结

  • 互联网中的数据是通过数据包来传输的，数据包在传输过程中容易丢失或出错。
  • IP 负责把数据包送达目的主机。
  • UDP 负责把数据包送达具体应用。
  • 而 TCP 保证了数据完整地传输，它的连接可分为三个阶段：建立连接、传输数据和断开连接。

7.HTTP请求流程

HTTP 协议，正是建立在 TCP 连接基础之上的。HTTP 是一种允许浏览器向服务器获取资源的协议，是 Web 的基础，通常由浏览器发起请求，用来获取不同类型的文件，例如 HTML 文件、CSS 文件、JavaScript 文件、图片、视频等。此外，HTTP 也是浏览器使用最广的协议

    1. 构建请求 首先，浏览器构建请求行信息（如下所示），构建好后，浏览器准备发起网络请求。GET /index.html HTTP1.1
    GET /index.html HTTP1.1
    1. 查找缓存 在真正发起网络请求之前，浏览器会先在浏览器缓存中查询是否有要请求的文件。其中，浏览器缓存是一种在本地保存资源副本，以供下次请求时直接使用的技术。

当浏览器发现请求的资源已经在浏览器缓存中存有副本，它会拦截请求，返回该资源的副本，并直接结束请求，而不会再去源服务器重新下载。这样做的好处有：

  • 缓解服务器端压力，提升性能（获取资源的耗时更短了）；

  • 对于网站来说，缓存是实现快速资源加载的重要组成部分。 当然，如果缓存查找失败，就会进入网络请求过程了。

    1. 准备 IP 地址和端口 浏览器使用 HTTP 协议作为应用层协议，用来封装请求的文本信息；并使用 TCP/IP 作传输层协议将它发到网络上，所以在 HTTP 工作开始之前，浏览器需要通过 TCP 与服务器建立连接。也就是说 HTTP 的内容是通过 TCP 的传输数据阶段来实现的，你可以结合下图更好地理解这二者的关系。

1277f342174b23f9442d3b27016d7980.png TCP 和 HTTP 的关系示意图

  • 和服务器建立 TCP 连接

  • 准备 IP 地址和端口号

  • 第一步浏览器会请求 DNS 返回域名对应的 IP。当然浏览器还提供了 DNS 数据缓存服务，如果某个域名已经解析过了，那么浏览器会缓存解析的结果，以供下次查询时直接使用，这样也会减少一次网络请求。

    拿到 IP 之后，接下来就需要获取端口号了。通常情况下，如果 URL 没有特别指明端口号，那么 HTTP 协议默认是 80 端口。

    1. 等待 TCP 队列 Chrome 有个机制，同一个域名同时最多只能建立 6 个 TCP 连接，如果在同一个域名下同时有 10 个请求发生，那么其中 4 个请求会进入排队等待状态，直至进行中的请求完成。

当然，如果当前请求数量少于 6，会直接进入下一步，建立 TCP 连接。

    1. 建立 TCP 连接 排队等待结束之后，终于可以快乐地和服务器握手了，在 HTTP 工作开始之前，浏览器通过 TCP 与服务器建立连接。TCP 的工作方式（见上面一讲）
    1. 发送 HTTP 请求 一旦建立了 TCP 连接，浏览器就可以和服务器进行通信了。而 HTTP 中的数据正是在这个通信过程中传输的。

你可以结合下图来理解，浏览器是如何发送请求信息给服务器的。

b8993c73f7b60feb9b8bd147545c47d7.png HTTP 请求数据格式

首先浏览器会向服务器发送请求行，它包括了请求方法、请求 URI（Uniform Resource Identifier）和 HTTP 版本协议。

发送请求行，就是告诉服务器浏览器需要什么资源，最常用的请求方法是 Get。

另外一个常用的请求方法是 POST，它用于发送一些数据给服务器，比如登录一个网站，就需要通过 POST 方法把用户信息发送给服务器。如果使用 POST 方法，那么浏览器还要准备数据给服务器，这里准备的数据是通过请求体来发送。

在浏览器发送请求行命令之后，还要以请求头形式发送其他一些信息，把浏览器的一些基础信息告诉服务器。比如包含了浏览器所使用的操作系统、浏览器内核等信息，以及当前请求的域名信息、浏览器端的 Cookie 信息，等等。

  • 7.服务器端处理 HTTP 请求流程
      1. 返回请求 一旦服务器处理结束，便可以返回数据给浏览器了

      3e30476a4bbda49fd7cd4fd0ea09f076.png 服务器响应的数据格式

      首先服务器会返回响应行，包括协议版本和状态码。

      无法处理或者处理出错的信息,服务器会通过请求行的状态码来告诉浏览器它的处理结果

      • 最常用的状态码是 200，表示处理成功；
      • 如果没有找到页面，则会返回 404。

      服务器也会随同响应向浏览器发送响应头。响应头包含了服务器自身的一些信息，比如服务器生成返回数据的时间、返回的数据类型（JSON、HTML、流媒体等类型），以及服务器要在客户端保存的 Cookie 等信息。

      发送完响应头后，服务器就可以继续发送响应体的数据，通常，响应体就包含了 HTML 的实际内容。

      1. 断开连接 通常情况下，一旦服务器向客户端返回了请求数据，它就要关闭 TCP 连接。不过如果浏览器或者服务器在其头信息中加入了：
    Connection:Keep-Alive
    那么 TCP 连接在发送后将仍然保持打开状态，这样浏览器就可以继续通过同一个 TCP 连接发送请求。保持 TCP 连接可以省去下次请求时需要建立连接的时间，提升资源加载速度。比如，一个 Web 页面中内嵌的图片就都来自同一个 Web 站点，如果初始化了一个持久连接，你就可以复用该连接，以请求其他资源，而不需要重新再建立新的 TCP 连接。

    • 3.重定向

      28d5796c6ab7faa619ed8f1bd17b0843.jpeg 服务器返回响应行和响应头（含重定向格式）

      从图中你可以看到，响应行返回的状态码是 301，状态 301 就是告诉浏览器，我需要重定向到另外一个网址，而需要重定向的网址正是包含在响应头的 Location 字段中，接下来，浏览器获取 Location 字段中的地址，并使用该地址重新导航，这就是一个完整重定向的执行流程

1. 为什么很多站点第二次打开速度会很快？

如果第二次页面打开很快，主要原因是第一次加载页面过程中，缓存了一些耗时的数据。

那么，哪些数据会被缓存呢？从上面介绍的核心请求路径可以发现，DNS 缓存和页面资源缓存这两块数据是会被浏览器缓存的。其中，DNS 缓存比较简单，它主要就是在浏览器本地把对应的 IP 和域名关联起来，这里就不做过多分析了。我们重点看下浏览器资源缓存，下面是缓存处理的过程：

浏览器资源缓存:

5fc2f88a04ee0fc41a808f3481287408.png 缓存查找流程示意图

当服务器返回 HTTP 响应头给浏览器时，浏览器是通过响应头中的 Cache-Control 字段来设置是否缓存该资源。通常，我们还需要为这个资源设置一个缓存过期时长，而这个时长是通过 Cache-Control 中的 Max-age 参数来设置的，比如上图设置的缓存过期时间是 2000 秒。

Cache-Control:Max-age=2000

这也就意味着，在该缓存资源还未过期的情况下, 如果再次请求该资源，会直接返回缓存中的资源给浏览器。

但如果缓存过期了，浏览器则会继续发起网络请求，并且在 HTTP 请求头中带上：

If-None-Match:"4f80f-13c-3a1xb12a"

服务器收到请求头后，会根据 If-None-Match 的值来判断请求的资源是否有更新。

  • 如果没有更新，就返回 304 状态码，相当于服务器告诉浏览器：“这个缓存可以继续使用，这次就不重复发送数据给你了。”
  • 如果资源有更新，服务器就直接返回最新资源给浏览器。

2. 登录状态是如何保持的？

  • 用户打开登录页面，在登录框里填入用户名和密码，点击确定按钮。点击按钮会触发页面脚本生成用户登录信息，然后调用 POST 方法提交用户登录信息给服务器。
  • 服务器接收到浏览器提交的信息之后，查询后台，验证用户登录信息是否正确，如果正确的话，会生成一段表示用户身份的字符串，并把该字符串写到响应头的 Set-Cookie 字段里，如下所示，然后把响应头发送给浏览器。
Set-Cookie: UID=3431uad;
  • 浏览器在接收到服务器的响应头后，开始解析响应头，如果遇到响应头里含有 Set-Cookie 字段的情况，浏览器就会把这个字段信息保存到本地。比如把UID=3431uad保持到本地。
  • 当用户再次访问时，浏览器会发起 HTTP 请求，但在发起请求之前，浏览器会读取之前保存的 Cookie 数据，并把数据写进请求头里的 Cookie 字段里（如下所示），然后浏览器再将请求头发送给服务器。
Cookie: UID=3431uad;
  • 服务器在收到 HTTP 请求头数据之后，就会查找请求头里面的“Cookie”字段信息，当查找到包含UID=3431uad的信息时，服务器查询后台，并判断该用户是已登录状态，然后生成含有该用户信息的页面数据，并把生成的数据发送给浏览器。
  • 浏览器在接收到该含有当前用户的页面数据后，就可以正确展示用户登录的状态信息了。

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简单地说，如果服务器端发送的响应头内有 Set-Cookie 的字段，那么浏览器就会将该字段的内容保持到本地。当下次客户端再往该服务器发送请求时，客户端会自动在请求头中加入 Cookie 值后再发送出去。服务器端发现客户端发送过来的 Cookie 后，会去检查究竟是从哪一个客户端发来的连接请求，然后对比服务器上的记录，最后得到该用户的状态信息。

总结： 1b49976aca2c700883d48d927f48986c.png HTTP 请求流程示意图

从图中可以看到，浏览器中的 HTTP 请求从发起到结束一共经历了如下八个阶段：构建请求、查找缓存、准备 IP 和端口、等待 TCP 队列、建立 TCP 连接、发起 HTTP 请求、服务器处理请求、服务器返回请求和断开连接。

8.导航流程：从输入URL到页面展示，这中间发生了什么？

92d73c75308e50d5c06ad44612bcb45d.png 从输入 URL 到页面展示完整流程示意图

  • 首先，浏览器进程接收到用户输入的 URL 请求，浏览器进程便将该 URL 转发给网络进程。
  • 然后，在网络进程中发起真正的 URL 请求。
  • 接着网络进程接收到了响应头数据，便解析响应头数据，并将数据转发给浏览器进程。
  • 浏览器进程接收到网络进程的响应头数据之后，发送“提交导航 (CommitNavigation)”消息到渲染进程；
  • 渲染进程接收到“提交导航”的消息之后，便开始准备接收 HTML 数据，接收数据的方式是直接和网络进程建立数据管道；
  • 最后渲染进程会向浏览器进程“确认提交”，这是告诉浏览器进程：“已经准备好接受和解析页面数据了”。
  • 浏览器进程接收到渲染进程“提交文档”的消息之后，便开始移除之前旧的文档，然后更新浏览器进程中的页面状态。

用户发出 URL 请求到页面开始解析的这个过程，就叫做导航。

从输入 URL 到页面展示

    1. 用户输入

    当用户在地址栏中输入一个查询关键字时，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，来合成新的带搜索关键字的 URL。
    • 如果判断输入内容符合 URL 规则，那么地址栏会根据规则，把这段内容加上协议，合成为完整的 URL

    当用户输入关键字并键入回车之后，这意味着当前页面即将要被替换成新的页面，不过在这个流程继续之前，浏览器还给了当前页面一次执行 beforeunload 事件的机会，beforeunload 事件允许页面在退出之前执行一些数据清理操作，还可以询问用户是否要离开当前页面，比如当前页面可能有未提交完成的表单等情况，因此用户可以通过 beforeunload 事件来取消导航，让浏览器不再执行任何后续工作。

    当前页面没有监听 beforeunload 事件或者同意了继续后续流程，那么浏览器便进入下图的状态：

    fad33fc7c5f2bdf4e20cac7691484130.png 开始加载 URL 浏览器状态

    从图中可以看出，当浏览器刚开始加载一个地址之后，标签页上的图标便进入了加载状态。但此时图中页面显示的依然是之前打开的页面内容，并没立即替换为新页面。因为需要等待提交文档阶段，页面内容才会被替换。

    1. URL 请求过程 接下来，便进入了页面资源请求过程。这时，浏览器进程会通过进程间通信（IPC）把 URL 请求发送至网络进程，网络进程接收到 URL 请求后，会在这里发起真正的 URL 请求流程

    首先，网络进程会查找本地缓存是否缓存了该资源。如果有缓存资源，那么直接返回资源给浏览器进程；如果在缓存中没有查找到资源，那么直接进入网络请求流程。这请求前的第一步是要进行 DNS 解析，以获取请求域名的服务器 IP 地址。如果请求协议是 HTTPS，那么还需要建立 TLS 连接。

    接下来就是利用 IP 地址和服务器建立 TCP 连接。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。

    服务器接收到请求信息后，会根据请求信息生成响应数据（包括响应行、响应头和响应体等信息），并发给网络进程。等网络进程接收了响应行和响应头之后，就开始解析响应头的内容了。

    （1）重定向

    在接收到服务器返回的响应头后，网络进程开始解析响应头，如果发现返回的状态码是 301 或者 302，那么说明服务器需要浏览器重定向到其他 URL。这时网络进程会从响应头的 Location 字段里面读取重定向的地址，然后再发起新的 HTTP 或者 HTTPS 请求，一切又重头开始了。

    655cbf32dd4bb6f9decc5c7f9a535a7e.png 响应行返回状态码 301

    在导航过程中，如果服务器响应行的状态码包含了 301、302 一类的跳转信息，浏览器会跳转到新的地址继续导航；如果响应行是 200，那么表示浏览器可以继续处理该请求。

    （2）响应数据类型处理

    在处理了跳转信息之后，我们继续导航流程的分析。URL 请求的数据类型，有时候是一个下载类型，有时候是正常的 HTML 页面，那么浏览器是如何区分它们呢？

    答案是 Content-Type。Content-Type 是 HTTP 头中一个非常重要的字段， 它告诉浏览器服务器返回的响应体数据是什么类型，然后浏览器会根据 Content-Type 的值来决定如何显示响应体的内容。

    响应头中的 Content-type 字段的值:

    • text/html: 服务器返回的数据是 HTML 格式

    • application/octet-stream: 显示数据是字节流类型的，通常情况下，浏览器会按照下载类型来处理该请求。

    所以，不同 Content-Type 的后续处理流程也截然不同。如果 Content-Type 字段的值被浏览器判断为下载类型，那么该请求会被提交给浏览器的下载管理器，同时该 URL 请求的导航流程就此结束。但如果是 HTML，那么浏览器则会继续进行导航流程。由于 Chrome 的页面渲染是运行在渲染进程中的，所以接下来就需要准备渲染进程了。

    3. 准备渲染进程

    默认情况下，Chrome 会为每个页面分配一个渲染进程，也就是说，每打开一个新页面就会配套创建一个新的渲染进程。但是，也有一些例外，在某些情况下，浏览器会让多个页面直接运行在同一个渲染进程中。

    那什么情况下多个页面会同时运行在一个渲染进程中呢？

    “同一站点”定义为根域名加上协议（例如，https:// 或者 http://），还包含了该根域名下的所有子域名和不同的端口

    Chrome 的默认策略是，每个标签对应一个渲染进程。但如果从一个页面打开了另一个新页面，而新页面和当前页面属于同一站点的话，那么新页面会复用父页面的渲染进程。官方把这个默认策略叫 process-per-site-instance。

    非同一站点使用不同的渲染进程

    总结来说，打开一个新页面采用的渲染进程策略就是：

    • 通常情况下，打开新的页面都会使用单独的渲染进程；
    • 如果从 A 页面打开 B 页面，且 A 和 B 都属于同一站点的话，那么 B 页面复用 A 页面的渲染进程；如果是其他情况，浏览器进程则会为 B 创建一个新的渲染进程。

    渲染进程准备好之后，还不能立即进入文档解析状态，因为此时的文档数据还在网络进程中，并没有提交给渲染进程，所以下一步就进入了提交文档阶段。

    4. 提交文档

    所谓提交文档，就是指浏览器进程将网络进程接收到的 HTML 数据提交给渲染进程，具体流程是这样的：

    • 首先当浏览器进程接收到网络进程的响应头数据之后，便向渲染进程发起“提交文档”的消息；
    • 渲染进程接收到“提交文档”的消息后，会和网络进程建立传输数据的“管道”；
    • 等文档数据传输完成之后，渲染进程会返回“确认提交”的消息给浏览器进程；
    • 浏览器进程在收到“确认提交”的消息后，会更新浏览器界面状态，包括了安全状态、地址栏的 URL、前进后退的历史状态，并更新 Web 页面。 其中，当浏览器进程确认提交之后，更新内容如下图所示：

    d3c5a6188b09b5b57af439005ae7dfb8.png 导航完成状态

    到这里，一个完整的导航流程就“走”完了，这之后就要进入渲染阶段了。

    5. 渲染阶段 一旦文档被提交，渲染进程便开始页面解析和子资源加载。一旦页面生成完成，渲染进程会发送一个消息给浏览器进程，浏览器接收到消息后，会停止标签图标上的加载动画。

    总结

    • 服务器可以根据响应头来控制浏览器的行为，如跳转、网络数据类型判断。
    • Chrome 默认采用每个标签对应一个渲染进程，但是如果两个页面属于同一站点，那这两个标签会使用同一个渲染进程。
    • 浏览器的导航过程涵盖了从用户发起请求到提交文档给渲染进程的中间所有阶段。

9.渲染流程（上）

  • HTML 的内容是由标记(也称为标签)和文本组成
  • CSS 又称为层叠样式表，是由选择器和属性组成
  • JavaScript（简称为 JS），使用它可以使网页的内容“动”起来

渲染流程:构建 DOM 树、样式计算（Recalculate Style）、布局阶段、分层、绘制、分块、光栅化和合成

  • 因为浏览器无法直接理解和使用 HTML，所以需要将 HTML 转换为浏览器能够理解的结构——DOM 树
    • DOM 和 HTML 内容几乎是一样的，但是和 HTML 不同的是，DOM 是保存在内存中树状结构，可以通过 JavaScript 来查询或修改其内容。
  • 样式计算（Recalculate Style）
      1. 把 CSS 转换为浏览器能够理解的结构。 和 HTML 文件一样，浏览器也是无法直接理解这些纯文本的 CSS 样式，所以当渲染引擎接收到 CSS 文本时，会执行一个转换操作，将 CSS 文本转换为浏览器可以理解的结构——styleSheets。
      1. 转换样式表中的属性值，使其标准化。 需要将所有值转换为渲染引擎容易理解的、标准化的计算值
      1. 计算出 DOM 树中每个节点的具体样式。这就涉及到 CSS 的继承规则和层叠规则了。
  • 布局阶段（计算出 DOM 树中可见元素的几何位置）
      1. 创建布局树。在显示之前，我们还要额外地构建一棵只包含可见元素布局树。
      • 遍历 DOM 树中的所有可见节点，并把这些节点加到布局树中；
      • 而不可见的节点会被布局树忽略掉，
      1. 布局计算

总结：

  • 浏览器不能直接理解 HTML 数据，所以第一步需要将其转换为浏览器能够理解的 DOM 树结构；
  • 生成 DOM 树后，还需要根据 CSS 样式表，来计算出 DOM 树所有节点的样式；
  • 最后计算 DOM 元素的布局信息，使其都保存在布局树中。

10.渲染流程（下）

  • 渲染引擎还需要为特定的节点生成专用的图层，并生成一棵对应的图层树（LayerTree)
  • 浏览器的页面实际上被分成了很多图层，这些图层叠加后合成了最终的页面。
  • 并不是布局树的每个节点都包含一个图层，如果一个节点没有对应的层，那么这个节点就从属于父节点的图层。
    • 第一点，拥有层叠上下文属性的元素会被提升为单独的一层。明确定位属性的元素、定义透明属性的元素、使用 CSS 滤镜的元素等，都拥有层叠上下文属性。
    • 第二点，需要剪裁（clip）的地方也会被创建为图层。
    • 所以说，元素有了层叠上下文的属性或者需要被剪裁，满足其中任意一点，就会被提升成为单独一层。
  • 图层绘制
  • 栅格化（raster）操作
    • 绘制列表只是用来记录绘制顺序和绘制指令的列表，而实际上绘制操作是由渲染引擎中的合成线程来完成的。合成线程会将图层划分为图块（tile）
    • 合成线程会按照视口附近的图块来优先生成位图，实际生成位图的操作是由栅格化来执行的。所谓栅格化，是指将图块转换为位图。而图块是栅格化执行的最小单位。渲染进程维护了一个栅格化的线程池，所有的图块栅格化都是在线程池内执行的
  • 合成和显示
    • 一旦所有图块都被光栅化，合成线程就会生成一个绘制图块的命令——“DrawQuad”，然后将该命令提交给浏览器进程。
    • 浏览器进程里面有一个叫 viz 的组件，用来接收合成线程发过来的 DrawQuad 命令，然后根据 DrawQuad 命令，将其页面内容绘制到内存中，最后再将内存显示在屏幕上。
    • 到这里，经过这一系列的阶段，编写好的 HTML、CSS、JavaScript 等文件，经过浏览器就会显示出漂亮的页面了。

渲染流水线大总结

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完整的渲染流水线示意图

  • 1.渲染进程将 HTML 内容转换为能够读懂的 DOM 树结构。
  • 2.渲染引擎将 CSS 样式表转化为浏览器可以理解的 styleSheets，计算出 DOM 节点的样式。
  • 3.创建布局树，并计算元素的布局信息。
  • 4.对布局树进行分层，并生成分层树。
  • 5.为每个图层生成绘制列表，并将其提交到合成线程。
  • 6.合成线程将图层分成图块，并在光栅化线程池中将图块转换成位图。
  • 7.合成线程发送绘制图块命令 DrawQuad 给浏览器进程。
  • 8.浏览器进程根据 DrawQuad 消息生成页面，并显示到显示器上。

相关概念： “重排”“重绘”和“合成”

    1. 更新了元素的几何属性（重排）

b3ed565230fe4f5c1886304a8ff754e5.png 从上图可以看出，如果你通过 JavaScript 或者 CSS 修改元素的几何位置属性，例如改变元素的宽度、高度等，那么浏览器会触发重新布局，解析之后的一系列子阶段，这个过程就叫重排。无疑，重排需要更新完整的渲染流水线，所以开销也是最大的。

    1. 更新元素的绘制属性（重绘） 接下来，我们再来看看重绘，比如通过 JavaScript 更改某些元素的背景颜色，渲染流水线会怎样调整呢？你可以参考下图：

3c1b7310648cccbf6aa4a42ad0202b03.png 从图中可以看出，如果修改了元素的背景颜色，那么布局阶段将不会被执行，因为并没有引起几何位置的变换，所以就直接进入了绘制阶段，然后执行之后的一系列子阶段，这个过程就叫重绘。相较于重排操作，重绘省去了布局和分层阶段，所以执行效率会比重排操作要高一些。

    1. 直接合成阶段 那如果你更改一个既不要布局也不要绘制的属性，会发生什么变化呢？渲染引擎将跳过布局和绘制，只执行后续的合成操作，我们把这个过程叫做合成。具体流程参考下图：

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在上图中，我们使用了 CSS 的 transform 来实现动画效果，这可以避开重排和重绘阶段，直接在非主线程上执行合成动画操作。这样的效率是最高的，因为是在非主线程上合成，并没有占用主线程的资源，另外也避开了布局和绘制两个子阶段，所以相对于重绘和重排，合成能大大提升绘制效率。

参考资料

浏览器工作原理与实践

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