从输入URL到页面加载发生了什么

[kekobin]

从输入URL到页面加载发生了什么

总体来说分为以下几个过程:
1.DNS解析
2.TCP连接
3.发送HTTP请求
4.服务器处理请求并返回HTTP报文
5.浏览器解析渲染页面
6.连接结束

1.DNS解析

大概的流程是：
browser -> 本地域名服务器(查看是否有缓存) -> 根域名服务器 -> COM顶级域名服务器

如果每次都经过这么多步骤，是否太耗时间？
（1）DNS缓存
从离浏览器的距离排序的话，有以下几种: 浏览器缓存，系统缓存，路由器缓存，IPS服务器缓存，根域名服务器缓存，顶级域名服务器缓存，主域名服务器缓存。
（2）DNS负载均衡
DNS可以返回一个合适的机器的IP给用户，例如可以根据每台机器的负载量，该机器离用户地理位置的距离等等，这种过程就是DNS负载均衡，又叫做DNS重定向。
（大家耳熟能详的CDN(Content Delivery Network)就是利用DNS的重定向技术，DNS服务器会返回一个跟用户最接近的点的IP地址给用户，CDN节点的服务器负责响应用户的请求，提供所需的内容。）

2.TCP链接

第三步是防止了乙的一直等待而浪费自己的时间，而不是为了保证甲能够正确回应乙的信息

3.发送HTTP请求

正常情况下，由于http是无状态的短链，每次通过http请求并响应结束后，都会主动释放掉TCP链接，下次请求时，又要重新建立TCP链接。为了使下次HTTP请求使用相同的TCP通道，节省TCP连接建立的时间，可以在http请求时，设置 connection为keep-alive，即告诉客户端本次HTTP请求结束之后并不需要关闭TCP连接。

浏览器解析渲染页面

浏览器的内核是指支持浏览器运行的最核心的程序，分为两个部分的，一是渲染引擎，另一个是JS引擎。常见的有：Trident（IE）、Gecko（火狐）、Blink（Chrome、Opera）、Webkit（Safari）。

浏览器请求server，会返回一个HTML格式的字符串(该格式浏览器才能正确解析)。

浏览器渲染过程：

(1) 解析三个东西：

• 一是HTML/SVG/XHTML，HTML字符串描述了一个页面的结构，浏览器会把HTML结构字符串解析转换DOM树形结构。
  

• 二是CSS，解析CSS会产生CSS规则树，它和DOM结构比较像。
  

• 三是Javascript脚本，等到Javascript 脚本文件加载后， 通过 DOM API 和 CSSOM API 来操作 DOM Tree 和 CSS Rule Tree。
  

(2) 解析完成后，浏览器引擎会通过DOM Tree 和 CSS Rule Tree 来构造 Rendering Tree。

• Rendering Tree 渲染树并不等同于DOM树，渲染树只会包括需要显示的节点和这些节点的样式信息。
• CSS 的 Rule Tree主要是为了完成匹配并把CSS Rule附加上Rendering Tree上的每个Element（也就是每个Frame）。
• 然后，计算每个Frame 的位置，这又叫layout和reflow过程。

(3) 最后通过调用操作系统Native GUI的API绘制。

其中的重要步骤：
1. 构建DOM
浏览器会遵守一套步骤将HTML 文件转换为 DOM 树。宏观上，可以分为几个步骤：

• 浏览器从磁盘或网络读取HTML的原始字节，并根据文件的指定编码（例如 UTF-8）将它们转换成字符串。

在网络中传输的内容其实都是 0 和 1 这些字节数据。当浏览器接收到这些字节数据以后，它会将这些字节数据转换为字符串，也就是我们写的代码。

• 通过词法分析器，将字符串解析成Token，Token中会标注出当前的Token是开始标签，还是结束标签，或者文本标签等。

上图给出了节点之间的关系，例如：“Hello”Token位于“title”开始标签与“title”结束标签之间，表明“Hello”Token是“title”Token的子节点。同理“title”Token是“head”Token的子节点。

• 生成节点对象并构建DOM
  浏览器会根据Tokens里记录的开始标签，结束标签，将Tokens之间相互串联起来（带有结束标签的Token不会生成Node）。
  Node包含了这个节点的所有属性。例如标签最终生成出的节点对象中会保存图片地址等信息。
  事实上，构建DOM的过程中，不是等所有Token都转换完成后再去生成节点对象，而是一边生成Token一边消耗Token来生成节点对象。换句话说，每个Token被生成后，会立刻消耗这个Token创建出节点对象。注意：带有结束标签标识的Token不会创建节点对象。

2.构建CSSOM
DOM会捕获页面的内容，但浏览器还需要知道页面如何展示，所以需要构建CSSOM。

构建CSSOM的过程与构建DOM的过程非常相似，当浏览器接收到一段CSS，浏览器首先要做的是识别出Token，然后构建节点并生成CSSOM。

在这一过程中，浏览器会确定下每一个节点的样式到底是什么，并且这一过程其实是很消耗资源的。因为样式你可以自行设置给某个节点，也可以通过继承获得。在这一过程中，浏览器得递归 CSSOM 树，然后确定具体的元素到底是什么样式。

注意：CSS匹配HTML元素是一个相当复杂和有性能问题的事情。所以，DOM树要小，CSS尽量用id和class，千万不要过渡层叠下去。所以，CSS的加载速度与构建CSSOM的速度将直接影响首屏渲染速度，因此在默认情况下CSS被视为阻塞渲染的资源

3.构建渲染树
当我们生成 DOM 树和 CSSOM 树以后，就需要将这两棵树组合为渲染树，在构建渲染树的过程中浏览器需要做如下工作：

• 从 DOM 树的根节点开始遍历每个可见节点。
• 有些节点不可见（例如脚本Token、元Token等），因为它们不会体现在渲染输出中，所以会被忽略。
• 某些节点被CSS隐藏，因此在渲染树中也会被忽略。例如某些节点设置了display: none属性。
• 对于每个可见节点，为其找到适配的 CSSOM 规则并应用它们

在这一过程中，不是简单的将两者合并就行了。渲染树只会包括需要显示的节点和这些节点的样式信息，如果某个节点是 display: none 的，那么就不会在渲染树中显示。

我们或许有个疑惑：浏览器如果渲染过程中遇到JS文件怎么处理？
渲染过程中，如果遇到<script>就停止渲染，执行 JS 代码。因为浏览器有GUI渲染线程与JS引擎线程，为了防止渲染出现不可预期的结果，这两个线程是互斥的关系。
JavaScript的加载、解析与执行会阻塞DOM的构建，也就是说，在构建DOM时，HTML解析器若遇到了JavaScript，那么它会暂停构建DOM，将控制权移交给JavaScript引擎，等JavaScript引擎运行完毕，浏览器再从中断的地方恢复DOM构建。

也就是说，如果你想首屏渲染的越快，就越不应该在首屏就加载 JS 文件，这也是都建议将 script 标签放在 body 标签底部的原因。当然在当下，并不是说 script 标签必须放在底部，因为你可以给 script 标签添加 defer 或者 async 属性（下文会介绍这两者的区别）。

JS文件不只是阻塞DOM的构建，它会导致CSSOM也阻塞DOM的构建。

原本DOM和CSSOM的构建是互不影响，井水不犯河水，但是一旦引入了JavaScript，CSSOM也开始阻塞DOM的构建，只有CSSOM构建完毕后，DOM再恢复DOM构建。
这是什么情况？

这是因为JavaScript不只是可以改DOM，它还可以更改样式，也就是它可以更改CSSOM。因为不完整的CSSOM是无法使用的，如果JavaScript想访问CSSOM并更改它，那么在执行JavaScript时，必须要能拿到完整的CSSOM。所以就导致了一个现象，如果浏览器尚未完成CSSOM的下载和构建，而我们却想在此时运行脚本，那么浏览器将延迟脚本执行和DOM构建，直至其完成CSSOM的下载和构建。也就是说，在这种情况下，浏览器会先下载和构建CSSOM，然后再执行JavaScript，最后在继续构建DOM。

4. 布局与绘制
当浏览器生成渲染树以后，就会根据渲染树来进行布局（也可以叫做回流）。这一阶段浏览器要做的事情是要弄清楚各个节点在页面中的确切位置和大小。通常这一行为也被称为“自动重排”。
布局流程的输出是一个“盒模型”，它会精确地捕获每个元素在视口内的确切位置和尺寸，所有相对测量值都将转换为屏幕上的绝对像素。
布局完成后，浏览器会立即发出“Paint Setup”和“Paint”事件，将渲染树转换成屏幕上的像素。

补充：
1.async和defer的作用是什么？有什么区别?

2.为什么操作 DOM 慢
JS 是很快的，在 JS 中修改 DOM 对象也是很快的。在JS的世界里，一切是简单的、迅速的。但 DOM 操作并非 JS 一个人的独舞，而是两个模块之间的协作。
因为 DOM 是属于渲染引擎中的东西，而 JS 又是 JS 引擎中的东西。当我们用 JS 去操作 DOM 时，本质上是 JS 引擎和渲染引擎之间进行了“跨界交流”。这个“跨界交流”的实现并不简单，它依赖了桥接接口作为“桥梁”（如下图）。

过“桥”要收费——这个开销本身就是不可忽略的。我们每操作一次 DOM（不管是为了修改还是仅仅为了访问其值），都要过一次“桥”。过“桥”的次数一多，就会产生比较明显的性能问题。因此“减少 DOM 操作”的建议，并非空穴来风。

3.你真的了解回流和重绘吗
渲染的流程基本上是这样（如下图黄色的四个步骤）：1.计算CSS样式 2.构建Render Tree 3.Layout – 定位坐标和大小 4.正式开画

• 重绘：当我们对 DOM 的修改导致了样式的变化、却并未影响其几何属性（比如修改了颜色或背景色）时，浏览器不需重新计算元素的几何属性、直接为该元素绘制新的样式（跳过了上图所示的回流环节）。

• 回流：当我们对 DOM 的修改引发了 DOM 几何尺寸的变化（比如修改元素的宽、高或隐藏元素等）时，浏览器需要重新计算元素的几何属性（其他元素的几何属性和位置也会因此受到影响），然后再将计算的结果绘制出来。这个过程就是回流（也叫重排）

当网页生成的时候，至少会渲染一次。在用户访问的过程中，还会不断重新渲染。重新渲染会重复回流+重绘或者只有重绘。
回流必定会发生重绘，重绘不一定会引发回流。重绘和回流会在我们设置节点样式时频繁出现，同时也会很大程度上影响性能。回流所需的成本比重绘高的多，改变父节点里的子节点很可能会导致父节点的一系列回流。

如何减少回流、重绘

• 使用 transform 替代 top
• 使用 visibility 替换 display: none ，因为前者只会引起重绘，后者会引发回流（改变了布局）
• 不要把节点的属性值放在一个循环里当成循环里的变量。
• 不要使用 table 布局，可能很小的一个小改动会造成整个 table 的重新布局
• 动画实现的速度的选择，动画速度越快，回流次数越多，也可以选择使用 requestAnimationFrame
• CSS 选择符从右往左匹配查找，避免节点层级过多
• 将频繁重绘或者回流的节点设置为图层，图层能够阻止该节点的渲染行为影响别的节点。比如对于 video 标签来说，浏览器会自动将该节点变为图层。

浏览器中的进程与线程

Chrome浏览器使用多个进程来隔离不同的网页，在Chrome中打开一个网页相当于起了一个进程，每个tab网页都有由其独立的渲染引擎实例。因为如果非多进程的话，如果浏览器中的一个tab网页崩溃，将会导致其他被打开的网页应用崩溃。另外相对于线程，进程之间是不共享资源和地址空间的，所以不会存在太多的安全问题，而由于多个线程共享着相同的地址空间和资源，所以会存在线程之间有可能会恶意修改或者获取非授权数据等复杂的安全问题。

在内核控制下各线程相互配合以保持同步，一个浏览器通常由以下常驻线程组成：

1. GUI 渲染线程
GUI渲染线程负责渲染浏览器界面HTML元素,当界面需要重绘(Repaint)或由于某种操作引发回流(reflow)时，该线程就会执行。在Javascript引擎运行脚本期间,GUI渲染线程都是处于挂起状态的，也就是说被冻结了.

2. JavaScript引擎线程
js必须是单线程，因为如果JS是多线程的方式来操作这些UI DOM，则可能出现UI操作的冲突。
GUI渲染线程与JS引擎线程互斥的，是由于JavaScript是可操纵DOM的，如果在修改这些元素属性同时渲染界面（即JavaScript线程和UI线程同时运行），那么渲染线程前后获得的元素数据就可能不一致。当JavaScript引擎执行时GUI线程会被挂起，GUI更新会被保存在一个队列中等到引擎线程空闲时立即被执行。

3. 定时触发器线程
浏览器定时计数器并不是由JS引擎计数的, 因为JS引擎是单线程的, 如果处于阻塞线程状态就会影响记计时的准确, 因此通过单独线程来计时并触发定时是更为合理的方案。

4. 事件触发线程
当一个事件被触发时该线程会把事件添加到待处理队列的队尾，等待JS引擎的处理。这些事件可以是当前执行的代码块如定时任务、也可来自浏览器内核的其他线程如鼠标点击、AJAX异步请求等，但由于JS的单线程关系所有这些事件都得排队等待JS引擎处理。

5. 异步http请求线程
在XMLHttpRequest在连接后是通过浏览器新开一个线程请求，将检测到状态变更时，如果设置有回调函数，异步线程就产生状态变更事件放到JS引擎的处理队列中等待处理。

参考

你不知道的浏览器页面渲染机制