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浅谈从浏览器输入URL到页面渲染的流程

  • jd****
  • 2024-03-29
  • IP归属:北京
  • 100浏览

    浏览器输入URL到页面渲染完成,这个过程大致可分为两个阶段:网络通信和页面渲染。

    一、网络通信

    互联网内各网络间设备的通信遵循TCP/IP协议,利用TCP/IP协议进行网络通信时,会通过分层与对方通信。数据传输的过程:由应用层产生数据后,经过传输层的分段处理(添加TCP或UDP包头)、网络层(添加IP地址信息)、数据链路层(封装成MAC帧)、物理层传输电信号。

    浏览器输入URL:

    1.1、浏览器根据域名查找IP地址

    在浏览器中输入域名 jd.com后,查找IP地址分为两个部分:客户机本地的递归查询和服务器的迭代查询。

    <1> 客户机本地的递归查询:

    客户机本地会依次去查找浏览器本身的域名缓存、客户机系统自身的缓存、客户机系统中的hosts文件,如果在当前的缓存中找到了对应的IP地址映射,则直接返回,如果在本地的缓存中都未找到对应的IP地址,则会去服务器查询。

    <2> 服务器的迭代查询:

    如果本地配置的服务器没有缓存相域名的IP,那么它就会去ISP运营商服务器去查找,如果也没有,运营商的服务器会返回给本地服务器一个根域的服务器地址。然后去根服务器发起访问,进行递归查询,如果也没有,就会去顶级域名的服务器去查找.com,然后再查找觉得jd.com的二级域名的服务器,以此类推就能找到相应的IP。如果仍然未找到,代表域名是错误的。

    1.2、浏览器发送HTTP请求

    找到IP地址后,则向对应IP地址的服务发送HTTP请求,HTTP请求消息包括请求起始行、请求头和请求主体

    1)请求消息起始行:

    包括:请求方法、请求URI(请求地址报过URL和URN)、协议版本。

    2)请求头

    包括:请求消息的专用头( Host、Accept、Origin、Referer、User-Agent、Accept-Encoding、Accept-Language)、请求消息通用头(Connection、Cache-Control、Pragma、Date)、请求主体描述头(Content-Length、Content-Type)

    3)请求主体(Body)

    客户端想给服务器传递的消息。

    1.3、TCP传输报文

    TCP把应用层发送的用于网间传输的、用8位字节表示的数据流分成适当长度的报文段(报文段的长度不能超过MTU限制)。TCP为了保证不发生丢包,就给每个包一个序号,同时序号也保证了传送到接收端实体的包按序接收。然后接收端实体对已成功收到的包发回一个响应的确认(ACK);如果发送端实体在合理的往返延时(RTT)内未收到确认,那么对应的数据包就被假设为已丢失将会被进行重传。TCP用一个校验和函数来检验数据是否有错误;在发送和接收时都要计算校验和。当TCP要发送数据时,需要通过三次握手协议建立连接。之后TCP把结果包传给IP层由它通过网络将包传送给接收端实体的TCP层。

    第一次握手:客户端发送syn包到服务器,并进入SYN_SENT状态,等待服务器的确认。 第二次握手:服务器收到syn包,必须确认客户端的syn,同时自己也发送一个syn包,即SYN+ACK包,此时服务器进入SYN_RECV状态。 第三次握手:客户端收到服务器的SYN+ACK包,向服务器发送确认包ACK,此包发送完毕,客户端与服务器端进入ESTABLISHED状态,即TCP连接成功,完成三次握手。

    1.4、IP协议查询MAC地址并将数据发送的数据链路层

    IP协议的作用是把TCP分割好的各种数据包传送给接收方,要保证确实能传到接收方还需要接收方的MAC地址,也就是物理地址。IP地址和MAC地址是一一对应的关系,一个网络设备的IP地址可以更改,但是MAC地址一般是固定不变的。当通信的双方不在同一个局域网时,需要多次中转才能到达最终的目标,在中转的过程中需要通过下一个中转站的MAC地址来搜索下一个中转目标。

    ARP是地址解析协议,功能是根据IP地址获取物理地址的一个TCP/IP 协议,即把IP地址转化为MAC地址。发送方首先检查ARP缓存表,查找目的地址的IP与MAC地址。如果存在地址中,直接使用ARP协议解析,完成的封装,传输数据。如果不存在目的地址的MAC地址,则发送一个ARP广播(包含本主机的IP地址、MAC地址、目的主机的IP地址)。网络中主机接收到广播后,先检查自己的IP地址,不符合丢弃该广播,符合则把源主机的IP地址和MAC地址映射添加到本地ARP缓存中,并向源主机发出ARP应答(包含自己的IP地址和MAC地址)。源主机收到应答后,把目标主机的IP和MAC地址添加到缓存中,然后开始进行通信。

    在找到对方的MAC地址后,将数据发送到数据链路层传输,此时客户端发送阶段结束。

    1.5、服务器接收数据并相应请求返回相应的文件

    接收端的服务器在链路层接收到数据,然后再一层层去掉添加的首部。这个过程包括在传输层通过TCP协议将分段的数据包重新组成原来的HTTP请求报文。然后服务器发送HTTP响应。HTTP的响应消息包括响应起始行、响应头、响应主体。

    1)响应起始行:

    包括:协议版本、空格、响应状态码、空格、原因短句(描述给你的状态码的原因)。

    2)响应头

    包括:响应消息的专用头( Server、Last-Modified、Content-Encoding)、响应消息通用头(Connection、Cache-Control、Pragma、Date)、请求主体描述头(Content-Length、Content-Type)

    3)响应主体描述头

    客户端想给服务器传递的消息。

    二、页面渲染

    请求成功后,服务器返回给浏览器的文本信息,通常包括HTML、CSS、JS、图片等文件。不同浏览器内核由于内核不同,怼页面的渲染的过程也不相同。

    webkit的渲染过程:

    Gecko的渲染过程:

    渲染的基本流程:HTML解析DOM Tree、CSS解析Style Rules、将两者关联生成Render Tree、Layout根据Render Tree计算每个节点的信息、Painting根据计算好的信息绘制整个页面。

    2.1、HTML解析

    HTML Parser的任务是将HTML标签解析成DOM Tree

    <!DOCTYPE html>
    <html lang="en">
      <head>
        <meta charset="UTF-8">
        <title>Document</title>
      </head>
      <body>
        <p>p标签的内容</p>
        <div>div标签的内容</div>
       </body>
    </html>
    

    经过解析后的DOM Tree

    2.2、CSS解析

    CSS Parser将CSS解析成Style Rules,Style Rules也叫CSSOM(CSS Object Model),CSS Parser的作用就是将很多个CSS文件中的样式合并解析出具体树形结构。

    2.3、js脚本处理、呈现树

    浏览器解析文档时,当遇到script标签的时候会立即解析脚本,停止解析文档,因为javascript可能会改动DOM和CSS,所以继续解析会造成浪费。如果脚本是外部的,会等待下载完毕,再继续解析文档。脚本解析会将脚本中的DOM和CSS的地方分别解析出来,然后追加到DOM Tree和Style Rules上。

    Render Tree的构建其实就是DOM Tree和CSSOM attach的过程。实际上就是一个计算好的样式与HTML对应的Tree。

    2.4、样式计算

    计算样式是一个很复杂的过程,DOM中一个元素可以对应样式表中的多个样式,样式表包含了所有的样式:浏览器默认样式、自定义样式表、inline样式表元素、HTML可视化属性。为了简化样式计算,Friefox还采用了另外两种树:规则树和样式上下文树。WebKit 也有样式对象,但它们不是保存在类似样式上下文树这样的树结构中,只是由 DOM 节点指向此类对象的相关样式。

    样式上下文树包含端值,要计算出这些值,应按照正确顺序应用所有的匹配规则,并将其从逻辑值转化为具体的值。例如,如果逻辑值是屏幕大小的百分比,则需要换算成绝对的单位。规则树使得节点之间可以共享这些值,以避免重复计算,还可以节约空间。所有匹配的规则都存储在树中。路径中的底层节点拥有较高的优先级。规则树包含了所有已知规则匹配的路径。规则的存储是延迟进行的。规则树不会在开始的时候就为所有的节点进行计算,而是只有当某个节点样式需要进行计算时,才会向规则树添加计算的路径。样式对象具有与每个可视化属性一一对应的属性(均为CSS属性但更为通用)。如果某个属性未由任何匹配规则所定义,那么部分属性就可由父代元素样式对象继承,其他属性具有默认值。

    2.5、布局并绘制

    创建渲染树后,下一步就是布局(Layout),或者叫回流(reflow,relayout),这个过程就是通过渲染树中的渲染对象的信息,计算出每一个渲染对象的位置和尺寸,将其安置在浏览器窗口的正确位置,而有些时候我们会在文档布局完成后对DOM进行修改,这时候可能需要重新进行布局,也可称为回流,本质上还是一个布局的过程,每一个渲染对象都有一个布局或回流的方法,实现其布局或回流。

    在绘制的阶段,系统会遍历呈现树,并调用呈现器的“paint”方法,将呈现器的内容显示在屏幕上。绘制工作是使用用户界面基础组件完成。CSS2规范定义了绘制流程的顺序,绘制的顺序其实就是元素进入堆栈样式上下文的顺序,这些堆栈会从后往前绘制,因此这样的顺序会影响绘制。块呈现器的堆栈顺序如下:背景颜色、背景图片、边框、子代、轮廓。

    经过上述一序列的请求和渲染,就形成了浏览器中所展示的页面。




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