經典面試題：從 URL 輸入到頁面展示到底發生什麼？

摘要： 經典面試題。

• 原文：從 URL 輸入到頁面展示到底發生什麼？
• 做者：浪裏行舟

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前言

打開瀏覽器從輸入網址到網頁呈如今你們面前，背後到底發生了什麼？經歷怎麼樣的一個過程？先給你們來張整體流程圖，具體步驟請看下文分解！

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整體來講分爲如下幾個過程:

• DNS 解析:將域名解析成 IP 地址
• TCP 鏈接：TCP 三次握手
• 發送 HTTP 請求
• 服務器處理請求並返回 HTTP 報文
• 瀏覽器解析渲染頁面
• 斷開鏈接：TCP 四次揮手

1、URL 究竟是啥

URL（Uniform Resource Locator），統一資源定位符，用於定位互聯網上資源，俗稱網址。好比 http://www.w3school.com.cn/ht...，遵照如下的語法規則：

scheme://host.domain:port/path/filename

各部分解釋以下：

• scheme - 定義因特網服務的類型。常見的協議有 http、https、ftp、file，其中最多見的類型是 http，而 https 則是進行加密的網絡傳輸。
• host - 定義域主機（http 的默認主機是 www）
• domain - 定義因特網域名，好比 w3school.com.cn
• port - 定義主機上的端口號（http 的默認端口號是 80）
• path - 定義服務器上的路徑（若是省略，則文檔必須位於網站的根目錄中）。
• filename - 定義文檔/資源的名稱

2、域名解析（DNS）

在瀏覽器輸入網址後，首先要通過域名解析，由於瀏覽器並不能直接經過域名找到對應的服務器，而是要經過 IP 地址。你們這裏或許會有個疑問----計算機既能夠被賦予 IP 地址，也能夠被賦予主機名和域名。好比 www.hackr.jp。那怎麼不一開始就賦予個 IP 地址？這樣就能夠省去解析麻煩。咱們先來了解下什麼是 IP 地址

1. IP 地址

IP 地址是指互聯網協議地址，是 IP Address 的縮寫。IP 地址是 IP 協議提供的一種統一的地址格式，它爲互聯網上的每個網絡和每一臺主機分配一個邏輯地址，以此來屏蔽物理地址的差別。IP 地址是一個 32 位的二進制數，好比 127.0.0.1 爲本機 IP。

域名就至關於 IP 地址喬裝打扮的假裝者，帶着一副面具。它的做用就是便於記憶和溝通的一組服務器的地址。用戶一般使用主機名或域名來訪問對方的計算機，而不是直接經過 IP 地址訪問。由於與 IP 地址的一組純數字相比，用字母配合數字的表示形式來指定計算機名更符合人類的記憶習慣。但要讓計算機去理解名稱，相對而言就變得困難了。由於計算機更擅長處理一長串數字。爲了解決上述的問題，DNS 服務應運而生。

2. 什麼是域名解析

DNS 協議提供經過域名查找 IP 地址，或逆向從 IP 地址反查域名的服務。DNS 是一個網絡服務器，咱們的域名解析簡單來講就是在 DNS 上記錄一條信息記錄。

例如 baidu.com  220.114.23.56（服務器外網IP地址）80（服務器端口號）

3. 瀏覽器如何經過域名去查詢 URL 對應的 IP 呢

• 瀏覽器緩存：瀏覽器會按照必定的頻率緩存 DNS 記錄。
• 操做系統緩存：若是瀏覽器緩存中找不到須要的 DNS 記錄，那就去操做系統中找。
• 路由緩存：路由器也有 DNS 緩存。
• ISP 的 DNS 服務器：ISP 是互聯網服務提供商(Internet Service Provider)的簡稱，ISP 有專門的 DNS 服務器應對 DNS 查詢請求。
• 根服務器：ISP 的 DNS 服務器還找不到的話，它就會向根服務器發出請求，進行遞歸查詢（DNS 服務器先問根域名服務器.com 域名服務器的 IP 地址，而後再問.baidu 域名服務器，依次類推）

4. 小結

瀏覽器經過向 DNS 服務器發送域名，DNS 服務器查詢到與域名相對應的 IP 地址，而後返回給瀏覽器，瀏覽器再將 IP 地址打在協議上，同時請求參數也會在協議搭載，而後一併發送給對應的服務器。接下來介紹向服務器發送 HTTP 請求階段，HTTP 請求分爲三個部分：TCP 三次握手、http 請求響應信息、關閉 TCP 鏈接。

3、TCP 三次握手

在客戶端發送數據以前會發起 TCP 三次握手用以同步客戶端和服務端的序列號和確認號，並交換 TCP 窗口大小信息。

1. TCP 三次握手的過程以下：

• 客戶端發送一個帶 SYN=1，Seq=X 的數據包到服務器端口（第一次握手，由瀏覽器發起，告訴服務器我要發送請求了）
• 服務器發回一個帶 SYN=1， ACK=X+1， Seq=Y 的響應包以示傳達確認信息（第二次握手，由服務器發起，告訴瀏覽器我準備接受了，你趕忙發送吧）
• 客戶端再回傳一個帶 ACK=Y+1， Seq=Z 的數據包，表明「握手結束」（第三次握手，由瀏覽器發送，告訴服務器，我立刻就發了，準備接受吧）

2. 爲啥須要三次握手

謝希仁著《計算機網絡》中講「三次握手」的目的是「爲了防止已失效的鏈接請求報文段忽然又傳送到了服務端，於是產生錯誤」。

4、發送 HTTP 請求

TCP 三次握手結束後，開始發送 HTTP 請求報文。

請求報文由請求行（request line）、請求頭（header）、請求體四個部分組成,以下圖所示：

1. 請求行包含請求方法、URL、協議版本

• 請求方法包含 8 種：GET、POST、PUT、DELETE、PATCH、HEAD、OPTIONS、TRACE。
• URL 即請求地址，由 <協議>：//<主機>：<端口>/<路徑>?<參數> 組成
• 協議版本即 http 版本號

POST /chapter17/user.html HTTP/1.1

以上代碼中「POST」表明請求方法，「/chapter17/user.html」表示 URL，「HTTP/1.1」表明協議和協議的版本。如今比較流行的是 Http1.1 版本

2. 請求頭包含請求的附加信息，由關鍵字/值對組成，每行一對，關鍵字和值用英文冒號「:」分隔。

請求頭部通知服務器有關於客戶端請求的信息。它包含許多有關的客戶端環境和請求正文的有用信息。其中好比：Host，表示主機名，虛擬主機；Connection,HTTP/1.1 增長的，使用 keepalive，即持久鏈接，一個鏈接能夠發多個請求；User-Agent，請求發出者，兼容性以及定製化需求。

3. 請求體，能夠承載多個請求參數的數據，包含回車符、換行符和請求數據，並非全部請求都具備請求數據。

name=tom&password=1234&realName=tomson

上面代碼，承載着 name、password、realName 三個請求參數。

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5、服務器處理請求並返回 HTTP 報文

1. 服務器

服務器是網絡環境中的高性能計算機，它偵聽網絡上的其餘計算機（客戶機）提交的服務請求，並提供相應的服務，好比網頁服務、文件下載服務、郵件服務、視頻服務。而客戶端主要的功能是瀏覽網頁、看視頻、聽音樂等等，二者大相徑庭。 每臺服務器上都會安裝處理請求的應用——web server。常見的 web server 產品有 apache、nginx、IIS 或 Lighttpd 等。 web server 擔任管控的角色，對於不一樣用戶發送的請求，會結合配置文件，把不一樣請求委託給服務器上處理相應請求的程序進行處理（例如 CGI 腳本，JSP 腳本，servlets，ASP 腳本，服務器端 JavaScript，或者一些其它的服務器端技術等），而後返回後臺程序處理產生的結果做爲響應。

2. MVC 後臺處理階段

後臺開發如今有不少框架，但大部分都仍是按照 MVC 設計模式進行搭建的。

MVC 是一個設計模式，將應用程序分紅三個核心部件：模型（model）-- 視圖（view）--控制器（controller），它們各自處理本身的任務，實現輸入、處理和輸出的分離。

一、視圖（view）

它是提供給用戶的操做界面，是程序的外殼。

二、模型（model）

**模型主要負責數據交互。**在 MVC 的三個部件中，模型擁有最多的處理任務。一個模型能爲多個視圖提供數據。

三、控制器（controller）

**它負責根據用戶從"視圖層"輸入的指令，選取"模型層"中的數據，而後對其進行相應的操做，產生最終結果。**控制器屬於管理者角色，從視圖接收請求並決定調用哪一個模型構件去處理請求，而後再肯定用哪一個視圖來顯示模型處理返回的數據。

這三層是緊密聯繫在一塊兒的，但又是互相獨立的，每一層內部的變化不影響其餘層。每一層都對外提供接口（Interface），供上面一層調用。

至於這一階段發生什麼？簡而言之，首先瀏覽器發送過來的請求先通過控制器，控制器進行邏輯處理和請求分發，接着會調用模型，這一階段模型會獲取 redis db 以及 MySQL 的數據，獲取數據後將渲染好的頁面，響應信息會以響應報文的形式返回給客戶端，最後瀏覽器經過渲染引擎將網頁呈如今用戶面前。

3. http 響應報文

響應報文由響應行（request line）、響應頭部（header）、響應主體三個部分組成。以下圖所示：

(1) 響應行包含：協議版本，狀態碼，狀態碼描述

狀態碼規則以下：

• 1xx：指示信息--表示請求已接收，繼續處理。
• 2xx：成功--表示請求已被成功接收、理解、接受。
• 3xx：重定向--要完成請求必須進行更進一步的操做。
• 4xx：客戶端錯誤--請求有語法錯誤或請求沒法實現。
• 5xx：服務器端錯誤--服務器未能實現合法的請求。

(2) 響應頭部包含響應報文的附加信息，由 名/值 對組成

(3) 響應主體包含回車符、換行符和響應返回數據，並非全部響應報文都有響應數據

6、瀏覽器解析渲染頁面

瀏覽器拿到響應文本 HTML 後，接下來介紹下瀏覽器渲染機制

瀏覽器解析渲染頁面分爲一下五個步驟：

• 根據 HTML 解析出 DOM 樹
• 根據 CSS 解析生成 CSS 規則樹
• 結合 DOM 樹和 CSS 規則樹，生成渲染樹
• 根據渲染樹計算每個節點的信息
• 根據計算好的信息繪製頁面

1. 根據 HTML 解析 DOM 樹

• 根據 HTML 的內容，將標籤按照結構解析成爲 DOM 樹，DOM 樹解析的過程是一個深度優先遍歷。即先構建當前節點的全部子節點，再構建下一個兄弟節點。
• 在讀取 HTML 文檔，構建 DOM 樹的過程當中，若遇到 script 標籤，則 DOM 樹的構建會暫停，直至腳本執行完畢。

2. 根據 CSS 解析生成 CSS 規則樹

• 解析 CSS 規則樹時 js 執行將暫停，直至 CSS 規則樹就緒。
• 瀏覽器在 CSS 規則樹生成以前不會進行渲染。

3. 結合 DOM 樹和 CSS 規則樹，生成渲染樹

• DOM 樹和 CSS 規則樹所有準備好了之後，瀏覽器纔會開始構建渲染樹。
• 精簡 CSS 並能夠加快 CSS 規則樹的構建，從而加快頁面相應速度。

4. 根據渲染樹計算每個節點的信息（佈局）

• 佈局：經過渲染樹中渲染對象的信息，計算出每個渲染對象的位置和尺寸
• 迴流：在佈局完成後，發現了某個部分發生了變化影響了佈局，那就須要倒回去從新渲染。

5. 根據計算好的信息繪製頁面

• 繪製階段，系統會遍歷呈現樹，並調用呈現器的「paint」方法，將呈現器的內容顯示在屏幕上。
• 重繪：某個元素的背景顏色，文字顏色等，不影響元素周圍或內部佈局的屬性，將只會引發瀏覽器的重繪。
• 迴流：某個元素的尺寸發生了變化，則需從新計算渲染樹，從新渲染。

7、斷開鏈接

當數據傳送完畢，須要斷開 tcp 鏈接，此時發起 tcp 四次揮手。

• 發起方向被動方發送報文，Fin、Ack、Seq，表示已經沒有數據傳輸了。並進入 FIN_WAIT_1 狀態。(第一次揮手：由瀏覽器發起的，發送給服務器，我請求報文發送完了，你準備關閉吧)
• 被動方發送報文，Ack、Seq，表示贊成關閉請求。此時主機發起方進入 FIN_WAIT_2 狀態。(第二次揮手：由服務器發起的，告訴瀏覽器，我請求報文接受完了，我準備關閉了，你也準備吧)
• 被動方向發起方發送報文段，Fin、Ack、Seq，請求關閉鏈接。並進入 LAST_ACK 狀態。(第三次揮手：由服務器發起，告訴瀏覽器，我響應報文發送完了，你準備關閉吧)
• 發起方向被動方發送報文段，Ack、Seq。而後進入等待 TIME_WAIT 狀態。被動方收到發起方的報文段之後關閉鏈接。發起方等待必定時間未收到回覆，則正常關閉。(第四次揮手：由瀏覽器發起，告訴服務器，我響應報文接受完了，我準備關閉了，你也準備吧)

參考文章

• 從輸入頁面地址到展現頁面信息都發生了些什麼？
• 前端經典面試題: 從輸入 URL 到頁面加載發生了什麼？
• TCP 的三次握手四次揮手
• 訪問 Web，tcp 傳輸全過程（三次握手、請求、數據傳輸、四次揮手）
• 瀏覽器發送 http 請求過程分析
• 謝希仁著《計算機網絡》第四版
• 圖解 http

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