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深入浅出浏览器渲染原理

时间:2020-08-24 17:01:54  来源:  作者:

这块的文章网上也是比较多的,但大多数都是讲解DOM树的渲染,对于页面从请求到展示的详细流程讲解还是比较少的,而且有些说的也不容易理解,下面我将以图文结合的形式给大伙讲讲。

DNS查询

作用

DNS 的作用就是通过域名查询到具体的 IP。

背景

因为 IP 存在数字和英文的组合(IPv6),很不利于人类记忆,所以就出现了域名。你可以把域名看成是某个 IP 的别名,DNS 就是去查询这个别名的真正名称是什么。

过程

在 TCP 握手之前就已经进行了 DNS 查询,这个查询是操作系统自己做的。当你在浏览器中想访问 www.test.com 时,会进行一下操作:

深入浅出浏览器渲染原理

 

  1. 操作系统会首先在本地缓存中查询 IP
  2. 没有的话会去系统配置的 DNS 服务器中查询
  3. 如果这时候还没得话,会直接去 DNS 根服务器查询,这一步查询会找出负责 com 这个一级域名的服务器
  4. 然后去该服务器查询 baidu 这个二级域名
  5. 接下来三级域名的查询其实是我们配置的,你可以给 www 这个域名配置一个 IP,然后还可以给别的三级域名配置一个 IP

以上介绍的是 DNS 迭代查询,还有种是递归查询,区别就是前者是由客户端去做请求,后者是由系统配置的 DNS 服务器做请求,得到结果后将数据返回给客户端。

TCP握手

在进行完DNS解析之后,接下来就是 TCP 握手,应用层会下发数据给传输层,这里 TCP 协议会指明两端的端口号,然后下发给网络层。网络层中的 IP 协议会确定 IP 地址,并且指示了数据传输中如何跳转路由器。然后包会再被封装到数据链路层的数据帧结构中,最后就是物理层面的传输了。

TCP建立连接的三次握手

深入浅出浏览器渲染原理

 

首先假设主动发起请求的一端称为客户端,被动连接的一端称为服务端。不管是客户端还是服务端,TCP 连接建立完后都能发送和接收数据,所以 TCP 是一个全双工的协议。

起初,两端都为 CLOSED 状态。在通信开始前,双方都会创建 TCB。 服务器创建完 TCB 后便进入 LISTEN 状态,此时开始等待客户端发送数据。

第一次握手

客户端向服务端发送连接请求报文段。该报文段中包含自身的数据通讯初始序号。请求发送后,客户端便进入 SYN-SENT 状态。

第二次握手

服务端收到连接请求报文段后,如果同意连接,则会发送一个应答,该应答中也会包含自身的数据通讯初始序号,发送完成后便进入 SYN-RECEIVED 状态。

第三次握手

当客户端收到连接同意的应答后,还要向服务端发送一个确认报文。客户端发完这个报文段后便进入 ESTABLISHED 状态,服务端收到这个应答后也进入 ESTABLISHED 状态,此时连接建立成功。

第三次握手中可以包含数据,通过快速打开(TFO)技术就可以实现这一功能。其实只要涉及到握手的协议,都可以使用类似 TFO 的方式,客户端和服务端存储相同的 cookie,下次握手时发出 cookie 达到减少 RTT 的目的。

TLS握手

TLS 协议位于传输层之上,应用层之下,主要是对HTTP请求进行加密。首次进行 TLS 协议传输需要两个 RTT ,接下来可以通过 Session Resumption 减少到一个 RTT。

TLS 握手过程如下图:

深入浅出浏览器渲染原理

 

  1. 客户端发送一个随机值以及需要的协议和加密方式。
  2. 服务端收到客户端的随机值,自己也产生一个随机值,并根据客户端需求的协议和加密方式来使用对应的方式,并且发送自己的证书(如果需要验证客户端证书需要说明)
  3. 客户端收到服务端的证书并验证是否有效,验证通过会再生成一个随机值,通过服务端证书的公钥去加密这个随机值并发送给服务端,如果服务端需要验证客户端证书的话会附带证书
  4. 服务端收到加密过的随机值并使用私钥解密获得第三个随机值,这时候两端都拥有了三个随机值,可以通过这三个随机值按照之前约定的加密方式生成密钥,接下来的通信就可以通过该密钥来加密解密

通过以上步骤可知,在 TLS 握手阶段,两端使用非对称加密的方式来通信,但是因为非对称加密损耗的性能比对称加密大,所以在正式传输数据时,两端使用对称加密的方式通信。

负载均衡服务器

数据在进入服务端之前,可能还会先经过负责负载均衡的服务器,它的作用就是将请求合理的分发到多台服务器上,这时假设服务端会响应一个 html 文件。

首先浏览器会判断状态码是什么,如果是 200 那就继续解析,如果 400 或 500 的话就会报错,如果 300 的话会进行重定向,这里会有个重定向计数器,避免过多次的重定向,超过次数也会报错。

浏览器解析

浏览器开始解析文件,如果是 gzip 格式的话会先解压一下,然后通过文件的编码格式去解码文件。

文件解码成功后会正式开始渲染流程,先会根据 HTML 构建 DOM 树,有 css 的话会去构建 CSSOM 树。如果遇到 script 标签的话,会判断是否存在 async 或者 defer ,前者会并行进行下载并执行 JS,后者会先下载文件,然后等待 HTML 解析完成后顺序执行。

深入浅出浏览器渲染原理

 

如果以上都没有,就会阻塞住渲染流程直到 JS 执行完毕。遇到文件下载的会去下载文件,这里如果使用 HTTP/2 协议的话会极大的提高多图的下载效率。

CSSOM 树和 DOM 树构建完成后会开始生成 Render 树,这一步就是确定页面元素的布局、样式等等诸多方面的东西

在生成 Render 树的过程中,浏览器就开始调用 GPU 绘制,合成图层,将内容显示在屏幕上了。

总结

总的来说,今天这篇文章主要是带着大家从 DNS 查询开始到渲染出画面完整的了解一遍过程,里面涉及到DNS、HTTP、TLS、负载均衡和浏览器渲染等等内容,算不上非常详细,但如果面试的时候能说出来这些,相信面试官也会对你刮目相看的。



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