瀏覽器的底層是怎么樣完成一次網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求的

對(duì)于面試的大部分前端開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，對(duì)瀏覽器的了解也算是一知半解，因?yàn)槲覀円婚_(kāi)始前端覺(jué)得，我們開(kāi)發(fā)中通常使用瀏覽器來(lái)顯示和調(diào)試頁(yè)面用的，不會(huì)涉入到太過(guò)的相關(guān)瀏覽器工作原理知識(shí)。

這你就大錯(cuò)特錯(cuò)了，雖然瀏覽器默默的為我們工作，但是有關(guān)瀏覽器的工作原理不但在你就業(yè)前端面試中屬于重中之重，也是在前端優(yōu)化中占有很大比重。作為一個(gè)前端開(kāi)發(fā)如果不了解瀏覽器的工作原理，只能永遠(yuǎn)停留在前端“切圖仔”水平。

PS：前幾天還有個(gè)讀者和小鹿說(shuō)，之前看到小鹿朋友圈發(fā)過(guò)這個(gè)這個(gè)導(dǎo)圖，當(dāng)時(shí)沒(méi)當(dāng)回事，第二天面試竟然問(wèn)到了。

學(xué)習(xí)瀏覽器工作原理是為了能夠運(yùn)用到實(shí)際項(xiàng)目中，比如前端的性能優(yōu)化以及錯(cuò)誤排查，都會(huì)涉及到瀏覽器相關(guān)的知識(shí)，所以掌握瀏覽器的工作原理是必不可缺的，相信你學(xué)完之后，能夠?qū)δ愕膫€(gè)人能力和見(jiàn)識(shí)會(huì)有很大的提升。

瀏覽器涉及到的知識(shí)點(diǎn)非常多而且非常重要，文章中可能其中有不足和錯(cuò)誤的地方，也歡迎各位指出！

思維導(dǎo)圖

1、瀏覽器的職責(zé)

我們由淺入深的去了解瀏覽器的工作原理。首先學(xué)習(xí)一個(gè)事物要知道它是什么，它要完成一個(gè)什么樣的事情，也就是擁有什么樣的職責(zé)。

對(duì)于瀏覽器來(lái)說(shuō)，表面上看來(lái)，我們輸入了 URL，然后等待幾秒瀏覽器就展現(xiàn)出我們想要訪問(wèn)的網(wǎng)址內(nèi)容了。對(duì)沒(méi)錯(cuò)，這就是瀏覽器的職責(zé)所在。這只是停留在了表面，要想深入知道瀏覽器在這個(gè)階段發(fā)生了什么？需要我們進(jìn)一步探索瀏覽器的工作原理。

所以說(shuō)，無(wú)論是面試還是實(shí)際工作中，瀏覽器無(wú)時(shí)不刻和我們打交道。那我們就要從在瀏覽器輸入 URL 開(kāi)始說(shuō)起，直到瀏覽器最后展現(xiàn)出網(wǎng)站內(nèi)容，這個(gè)過(guò)程瀏覽器做了哪些工作，又是如何工作的呢？

我們會(huì)詳細(xì)分為以下幾大模塊進(jìn)行系統(tǒng)的講解：

1、DNS 解析

2、TCP 連接

3、HTTP 請(qǐng)求

4、構(gòu)建 DOM 樹(shù)

5、構(gòu)建 CSSOM 樹(shù)

6、生成渲染樹(shù)

7、合成、繪制

其中有些部分我們之前的文章已經(jīng)分享過(guò)，所以也不過(guò)到陳述，到時(shí)候會(huì)鞏固一下，重點(diǎn)我們放在瀏覽器的渲染原理上，這也是我們以后在學(xué)習(xí)前端優(yōu)化中的重點(diǎn)。

2、DNS 解析

在之前的文章 TCP 三次握手中提到，要想得到接收方的 MAC 地址，需要通過(guò)對(duì)方的 IP 地址獲取，對(duì)方的 IP 需要通過(guò) DNS 解析。

2.1 為什么進(jìn)行 DNS 解析？

所謂的 DNS 解析就是將我們輸入在網(wǎng)頁(yè)地址欄的 URL 通過(guò) DNS 解析成 IP 地址。DNS 就是將域名轉(zhuǎn)化成 ip 地址的過(guò)程。那么這個(gè)過(guò)程會(huì)發(fā)生什么呢？和小鹿一起深入探究一下。

2.2 系統(tǒng)緩存查詢

首先瀏覽器會(huì)調(diào)用一個(gè)庫(kù)函數(shù)，檢測(cè)本地的 hosts 文件（可以認(rèn)為是電腦本地的一個(gè)地址映射文件），從該文件中查看是否有對(duì)應(yīng)的該域名的 IP 地址，這個(gè)過(guò)程是在系統(tǒng)緩存中查找是否存在該域名對(duì)應(yīng)的 IP 地址。

比如在瀏覽器的地址欄中輸入小鹿的博客網(wǎng)址（www.xiaolu.com），然后回車(chē)，此時(shí)瀏覽器拿著這個(gè)域名去本地電腦的一個(gè)名為 hosts 文件中查詢是否存在該域名所對(duì)應(yīng)的 IP 地址，如果有，就返回給瀏覽器，如果沒(méi)有，我們繼續(xù)往下進(jìn)行。

2.3 路由器緩存、ISP 緩存

如果系統(tǒng)緩存沒(méi)有，就會(huì)向 DNS 服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求，而網(wǎng)絡(luò)服務(wù)一般都會(huì)先經(jīng)過(guò)路由器以及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商（電信），所以會(huì)先查詢路由器緩存，然后再查詢 ISP 的 DNS 緩存。

PS：ISP緩存，本身是一種寬帶接入提供商給網(wǎng)頁(yè)批量訪問(wèn)加速的技術(shù)。ISP會(huì)將當(dāng)前訪問(wèn)量較大的網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容放到ISP服務(wù)器的緩存中，當(dāng)有新的用戶請(qǐng)求相同內(nèi)容時(shí)，可以直接從緩存中發(fā)送相關(guān)信息，不必每次都去訪問(wèn)真正的網(wǎng)站，從而加快了不同用戶對(duì)相同內(nèi)容的訪問(wèn)速度，同時(shí)也能節(jié)省網(wǎng)間流量結(jié)算成本。

2.4 DNS 遞歸查詢

如果路由器緩存和 ISP 的 DNS 緩存還是沒(méi)有的話，我們就進(jìn)行 DNS 遞歸查詢。從根域名服務(wù)器開(kāi)始查詢，然后再到頂級(jí)域名服務(wù)器，最后到主域名服務(wù)器依次查詢。

但是這里有兩種查詢方式，不僅僅有遞歸查詢一種方式，還有一個(gè)查詢方式是迭代查詢，兩種查詢方式的區(qū)別是什么呢？

迭代查詢：DNS 收到請(qǐng)求時(shí)，而不是直接返回查詢結(jié)果，而是告訴客戶端另一臺(tái) DNS 服務(wù)器地址。然后客戶端再向這臺(tái)的 DNS 服務(wù)器提交請(qǐng)求，依次循環(huán)。

遞歸查詢：當(dāng) DNS 服務(wù)器收到請(qǐng)求時(shí)，就會(huì)檢查 DNS 緩存，如果沒(méi)有就會(huì)詢問(wèn)其他服務(wù)器，并將返回的查詢結(jié)果返回客戶端。

我們前端會(huì)在性能優(yōu)化的使用用到 DNS 的相關(guān)知識(shí)，我們?cè)谶@稍微提一下，如何進(jìn)行 DNS 優(yōu)化呢？

DNS 查詢經(jīng)歷很多步驟，查詢很慢。瀏覽器獲取到 IP 地址后，一般都會(huì)加到瀏覽器的緩存中，本地的 DNS 緩存服務(wù)器，也可以去記錄。

另外使用 DNS 負(fù)載均衡，通常我們的網(wǎng)站應(yīng)用各種云服務(wù)，DNS 系統(tǒng)根據(jù)每臺(tái)機(jī)器的負(fù)載量，地理位置的限制等等，去提供高效快速的 DNS 解析服務(wù)。

3、TCP 連接

我們通過(guò) DNS 查詢到 IP 地址之后，我們就開(kāi)始打算與服務(wù)器建立連接，為接下來(lái)的數(shù)據(jù)傳輸做準(zhǔn)備，這部分在之前的文章中寫(xiě)的非常詳細(xì)，一定要去看哦。

網(wǎng)絡(luò)分層模型

動(dòng)畫(huà)：用動(dòng)畫(huà)給面試官解釋 TCP 三次握手過(guò)程

4、HTTP 請(qǐng)求

我們客戶端與服務(wù)端通過(guò) TCP 的三次握手建立連接之后，客戶端開(kāi)始向服務(wù)器主動(dòng)發(fā)起請(qǐng)求。

PS：對(duì)于 HTTP 協(xié)議，我們會(huì)在后邊單獨(dú)拿出一篇文章來(lái)詳細(xì)介紹它的發(fā)展史，這里我們只涉及到 HTTP 的請(qǐng)求相關(guān)的內(nèi)容。

服務(wù)端接收到客戶端發(fā)送的信息，就返回響應(yīng)信息和文件?？蛻舳巳绾闻袛喾?wù)端是否成功返回了呢？就需要下列的一些狀態(tài)碼來(lái)識(shí)別，同樣前端做的工作也是通過(guò)狀態(tài)碼來(lái)判斷當(dāng)前響應(yīng)狀態(tài)。

1XX（信息性狀態(tài)碼） : 服務(wù)器正在處理請(qǐng)求中。

2XX （成功狀態(tài)碼）: 請(qǐng)求處理完畢。

3XX （重定向狀態(tài)碼）: 需要附加操作以完成請(qǐng)求。301：永久性重定向。該狀態(tài)碼表示請(qǐng)求的資源已被分配了新的 URI，以后使用該資源，使用現(xiàn)在所指 URI。302：臨時(shí)性重定向。表示該狀態(tài)碼被分配了新的 URI，希望用戶本次能夠使用新的 URI 訪問(wèn)。304：服務(wù)器資源未改變，可直接使用客戶端未過(guò)期的緩存。

4XX （客戶端錯(cuò)誤狀態(tài)碼）: 服務(wù)器無(wú)法處理請(qǐng)求。400：該請(qǐng)求報(bào)文中有語(yǔ)法錯(cuò)誤。403：沒(méi)有資源的訪問(wèn)權(quán)限。404：找不到資源。

5XX （服務(wù)端錯(cuò)誤狀態(tài)碼）: 服務(wù)器處理請(qǐng)求出錯(cuò)。500：服務(wù)器發(fā)生錯(cuò)誤503：服務(wù)器超荷載或正在維護(hù)。

遠(yuǎn)程服務(wù)器找到資源并使用 HTTP 響應(yīng)返回該資源，值為 200 的 HTTP 響應(yīng)狀態(tài)表示一個(gè)正確的響應(yīng)。

5、瀏覽器的渲染原理

5.1 構(gòu)建 DOM

服務(wù)器將 HTML、CSS、JS文件轉(zhuǎn)化為 0,1字節(jié)數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸給瀏覽器，瀏覽器通過(guò)判斷狀態(tài)碼開(kāi)始接收、解析文件，這開(kāi)始運(yùn)用到瀏覽器的渲染原理。

首先瀏覽器要做的就是獲取 HTTP 的 Request 的 body 中字符串（字符流）的 HTML 文本，進(jìn)行解析并構(gòu)建 DOM 樹(shù)。

將字符流轉(zhuǎn)化為字符串之后，瀏覽器開(kāi)始進(jìn)行詞法分析，雖然這個(gè)名詞我們不熟悉，但是我們要知道，一個(gè) HTML 字符串我們要拆分開(kāi)才能構(gòu)建 DOM 樹(shù)，詞法分析就是將字符串拆分成的過(guò)程。將字符串轉(zhuǎn)化為的 token（標(biāo)記） —— token 作為代碼的最小單位，也就是拆分后的結(jié)果，這個(gè)過(guò)程我們稱(chēng)為標(biāo)記化。

我們將字符串拆解之后，然后將這些標(biāo)記轉(zhuǎn)化為 Node 結(jié)點(diǎn)，瀏覽器根據(jù)不同的結(jié)點(diǎn)開(kāi)始構(gòu)建一棵 DOM 樹(shù)。這就是整個(gè) DOM 樹(shù)構(gòu)建的過(guò)程，其中還涉及到很多的細(xì)節(jié)，比如詞法分析是如何一個(gè)過(guò)程（狀態(tài)機(jī)），有興趣的小伙伴可以詳細(xì)查看英文文檔，在文章底部。

5.2 構(gòu)建 CSSOM 樹(shù)

瀏覽器已經(jīng)把 HTML 文件轉(zhuǎn)化為了 DOM 樹(shù)，下面就對(duì) CSS 樣式文件進(jìn)行解析，構(gòu)建成 CSSOM 樹(shù)。這個(gè)過(guò)程和上述構(gòu)建 DOM 樹(shù)的過(guò)程有點(diǎn)相似，但是其中 CSSOM 樹(shù)的構(gòu)建更加的耗時(shí)。下面我們來(lái)看看如何耗時(shí)的？

瀏覽器通過(guò)遞歸的方式 DOM 樹(shù)為結(jié)點(diǎn)設(shè)置樣式。通過(guò)先找到具體的標(biāo)簽，然后遞歸找到設(shè)置的上級(jí)標(biāo)簽，最后確定選擇器選擇的所選標(biāo)簽的樣式。

比如下邊的例子，瀏覽器是如何確定結(jié)點(diǎn)的樣式的呢？

1

首先在 HTML 中找到 p 標(biāo)簽，一共有兩個(gè)地方，然后按照樣式的繼續(xù)遞歸中找具有父節(jié)點(diǎn)的 p，我們只好把第二個(gè) p 過(guò)濾掉，然后繼續(xù)向上找父節(jié)點(diǎn) div，匹配成功，然后將樣式設(shè)置到結(jié)點(diǎn)上。

我們通過(guò)上邊的動(dòng)畫(huà)，可以知道為什么構(gòu)建 CSSOM 樹(shù)的時(shí)候非常耗時(shí)了，我們?cè)趯?xiě)代碼的時(shí)候可以做出優(yōu)化，所以應(yīng)該避免書(shū)寫(xiě)過(guò)于具體的 CSS 選擇器，少一些添加無(wú)意義的 HTML 標(biāo)簽，有利于提高習(xí)頁(yè)面的性能。

5.3 構(gòu)建渲染樹(shù)

我們分別將上邊生成的 DOM 和 CSSOM 樹(shù)進(jìn)行合并，生成我們的渲染樹(shù)。但是在合并的時(shí)候，并不是兩者簡(jiǎn)單的進(jìn)行結(jié)合，因?yàn)橛行┙Y(jié)點(diǎn)我們并不需要顯示，還記得有一個(gè) display:none 屬性嗎？如果某結(jié)點(diǎn)的樣式有這個(gè)屬性，就不會(huì)出現(xiàn)在渲染樹(shù)中。

5.4合成、繪制

瀏覽器在生成渲染樹(shù)的時(shí)候，就會(huì)根據(jù)渲染樹(shù)進(jìn)行布局，調(diào)用 GPU 進(jìn)行繪制，然后合成圖層，最后顯示在屏幕上。

小結(jié)

通過(guò)上邊的對(duì)瀏覽器工作原理的介紹，相信你對(duì)瀏覽器有了新的認(rèn)識(shí)和簡(jiǎn)介，但是只看上邊的知識(shí)還完全不能深入到底層，如果還想要進(jìn)行深入的對(duì)瀏覽器的工作原理進(jìn)行研究，可以英文文檔《How Browsers Work》，已經(jīng)有人把它翻譯成了中文，但是我自己又翻譯了一遍。

第一，提高自己閱讀英文文檔的能力；

第二，從中學(xué)會(huì)提取關(guān)鍵的內(nèi)容。

雖然翻譯過(guò)程中遇到很多問(wèn)題，但是相信你翻譯完之后，對(duì)你又有新的收獲和認(rèn)識(shí)，更重要的是你的能力又比別人提升了 —— 更何況我這個(gè)英語(yǔ)四級(jí)沒(méi)過(guò)的人都堅(jiān)持翻譯下來(lái)了呢！