一道經典的面試題是從URL
在瀏覽器被輸入到頁面展現的過程中發生了什麼?大多數回答都是請求響應之後DOM
是怎麼被構建、被繪製出來。
但是你有沒想過,收到的HTML
如果包含幾十個圖片標籤,這些圖片是以什麼方式、什麼順序、建立了多少連接、使用什麼協議被下載下來的?
要搞懂這個問題,我們需要先解決下面五個問題:
- 現代瀏覽器在與服務器建立了一個
TCP
連接後,是否會在一個HTTP
請求完成之後斷開?什麼情況下會斷開? - 一個
TCP
連接可以對應幾個HTTP
請求? - 一個
TCP
連接中,HTTP
請求發送可以一起發送嗎(比如一起發起三個請求,再三個響應一起接收)? - 爲什麼有的時候刷新頁面不需要重新建立
SSL
連接? - 瀏覽器對同一
Host
建立TCP
連接的數量有沒限制?
現代瀏覽器在與服務器建立了一個TCP連接後是否會在一個HTTP請求完成後斷開?什麼情況下會斷開?
在HTTP/1.0
中,一個服務器在發送完一個HTTP
響應後,會斷開TCP
連接。但是這樣每次請求都會重新建立和斷開TCP
連接,代價過大。所以雖然標準中沒有設定,某些服務器對Connection: keep-alive
的Header
進行了支持。
意思是說,完成這個HTTP
請求之後,不要斷開HTTP
請求使用TCP
連接。這樣的好處是連接可以被重新使用,之後發送HTTP
請求的時候不需要重新建立TCP
連接,以及如果維持連接,那麼SSL
的開銷也可以避免。
以下兩張圖片是短時間內訪問某站點的時間統計:
頭一次訪問,有初始化連接和SSL開銷
初始化連接和SSL開銷消失了,說明使用的是同一個TCP連接
持久連接: 既然維持TCP
連接好處這麼多,HTTP/1.1
就把Connection
頭寫進標準,並且默認開啓持久化連接(除非請求中聲明Connection: close
),那麼瀏覽器和服務器之間是會維持一段時間的TCP
連接,不會一個請求結束就斷掉。
所以第一個問題的答案是: 默認情況下建立TCP
連接不會斷開,只有在請求報頭中聲明Connection: close
纔會請求完成之後關閉連接。
一個TCP連接可以對應幾個HTTP請求?
瞭解第一個問題之後,其實這個問題也有了答案,如果維持連接,一個TCP
連接可以發送多個HTTP請求的。
一個TCP連接中,HTTP請求可以一起發送嗎?
HTTP/1.1
存在一個問題,單個TCP
連接在同一時刻只能處理一個請求,意思是說: 兩個請求的聲明週期不能重疊,任意兩個HTTP
請求從開始到結束的時間在同一個TCP
連接裏不能重疊。
雖然 HTTP/1.1
規範中規定了 Pipelining
來試圖解決這個問題,但是這個功能在瀏覽器中默認是關閉的。
先來看一下 Pipelining 是什麼,RFC 2616 中規定了:一個支持持久連接的客戶端可以在一個連接中發送多個請求(不需要等待任意請求的響應)。收到請求的服務器必須按照請求收到的順序發送響應。
至於標準爲什麼這麼設定,我們可以大概推測一個原因:由於 HTTP/1.1
是個文本協議,同時返回的內容也並不能區分對應於哪個發送的請求,所以順序必須維持一致。
比如你向服務器發送了兩個請求 GET /query?q=A 和 GET /query?q=B,服務器返回了兩個結果,瀏覽器是沒有辦法根據響應結果來判斷響應對應於哪一個請求的(因爲TCP都是綁定到一個網絡端口的,筆者注!!)。
Pipelining
這種設想看起來比較美好,但是在實踐中會出現許多問題:
- 有些代理服務器不能正確的處理
HTTP Pipelining
。 - 正確的流水線實現是複雜的。
Head-of-line Blocking
連接頭阻塞:在建立起一個TCP
連接之後,假設客戶端在這個連接連續向服務器發送了幾個請求。按照標準,服務器應該按照收到請求的順序返回結果,假設服務器在處理首個請求時花費了大量時間,那麼後面所有的請求都需要等着首個請求結束才能響應。
所以現代瀏覽器默認是不開啓 HTTP Pipelining
的。
但是,HTTP2
提供了 Multiplexing
多路傳輸特性,可以在一個 TCP
連接中同時完成多個 HTTP
請求。至於 Multiplexing
具體怎麼實現的就是另一個問題了。我們可以看一下使用 HTTP2
的效果。
綠色是發起請求到請求返回的等待時間,藍色是響應的下載時間,可以看到都是在同一個 Connection
,並行完成的。
所以這個問題也有了答案:在 HTTP/1.1
存在 Pipelining
技術可以完成這個多個請求同時發送,但是由於瀏覽器默認關閉,所以可以認爲這是不可行的。在 HTTP2
中由於 Multiplexing
特點的存在,多個 HTTP
請求可以在同一個 TCP
連接中並行進行。
那麼在 HTTP/1.1
時代,瀏覽器是如何提高頁面加載效率的呢?主要有下面兩點:
- 維持和服務器已經建立的
TCP
連接,在同一連接上順序處理多個請求。 - 和服務器建立多個
TCP
連接。
爲什麼有的時候刷新頁面不需要重新建立 SSL 連接?
在第一個問題的討論中已經有答案了,TCP
連接有的時候會被瀏覽器和服務端維持一段時間。TCP
不需要重新建立,SSL
自然也會用之前的。
瀏覽器對同一 Host 建立 TCP 連接到數量有沒有限制?
假設我們還處在 HTTP/1.1
時代,那個時候沒有多路傳輸,當瀏覽器拿到一個有幾十張圖片的網頁該怎麼辦呢?
肯定不能只開一個TCP
連接順序下載,那樣用戶肯定等的很難受,但是如果每個圖片都開一個 TCP
連接發 HTTP
請求,那電腦或者服務器都可能受不了,要是有 1000 張圖片的話總不能開 1000 個TCP
連接吧,你的電腦同意 NAT 也不一定會同意。
所以答案是:有。Chrome
最多允許對同一個Host
建立六個TCP
連接。不同的瀏覽器有一些區別。
那麼回到最開始的問題,HTML
如果包含幾十個圖片標籤,這些圖片是以什麼方式、什麼順序、建立了多少連接、使用什麼協議被下載下來的呢?
如果圖片都是HTTPS
連接並且在同一個域名下,那麼瀏覽器在SSL
握手之後會和服務器商量能不能用HTTP2
,如果能的話就使用Multiplexing
功能在這個連接上進行多路傳輸。不過也未必會所有掛在這個域名的資源都會使用一個TCP
連接去獲取,但是可以確定的是 Multiplexing
很可能會被用到。
如果發現用不了HTTP2
呢?或者用不了HTTPS
(現實中的HTTP2
都是在HTTPS
上實現的,所以也就是隻能使用HTTP/1.1
)。
那瀏覽器就會在一個HOST
上建立多個TCP
連接,連接數量的最大限制取決於瀏覽器設置,這些連接會在空閒的時候被瀏覽器用來發送新的請求,如果所有的連接都正在發送請求呢?那其他的請求就只能等等了。