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经典：在浏览器地址栏输入信息到最终看到网页的全过程，涉及网络协议以及前后端技术

news 2025/6/22 6:05:13

文章目录

- - 流程总览
  - 第一阶段：用户输入与浏览器解析
  - 第二阶段：网络通信之旅（核心网络知识）
  - 第三阶段：后端服务器处理（核心后端知识）
  - 第四阶段：浏览器渲染页面（核心前端知识）
  - 总结

流程总览

为了方便理解，我们可以先把整个流程简化成一个序列：

用户输入 -> 浏览器解析 -> DNS查询 -> TCP/IP连接 -> 发起HTTP(S)请求 -> 后端服务器处理 -> 后端服务器响应 -> 浏览器接收响应 -> 浏览器渲染页面 -> 渲染完成

在这里插入图片描述

第一阶段：用户输入与浏览器解析

当你在浏览器地址栏输入 https://www.google.com 并按下回车时，事情开始了。

输入解析 (URL Parsing)：浏览器首先会解析你输入的内容。
- 它是什么？ 它会判断你输入的是一个合法的 URL (Uniform Resource Locator)，还是一个搜索关键词。如果是关键词，浏览器会使用其默认的搜索引擎来拼接成一个搜索 URL。
- URL结构分解：对于 https://www.google.com 这个 URL，浏览器会将其拆解为几个部分：
  - https: 协议 (Protocol)，表示需要通过安全套接字层 (SSL/TLS) 进行加密通信。
  - www.google.com: 域名 (Domain Name)，即我们要访问的服务器的地址。
  - /(默认): 路径 (Path)，这里没有显式路径，默认为根路径。
  - ?(无): 查询参数 (Query Parameters)，这里没有。
缓存检查 (Cache Check)：在发起网络请求之前，聪明的浏览器会先“翻翻自己的小本本”，检查本地缓存。
- 浏览器缓存 (HTTP Cache)：浏览器会检查是否已经缓存了该网页的副本，并且这个副本是否仍然有效（通过 Cache-Control 和 Expires 等 HTTP 头部信息判断）。如果缓存有效，浏览器可以直接从本地磁盘读取并展示页面，这个过程极快，甚至不会产生任何网络请求。这是性能优化的第一道关卡。
- HSTS 列表检查：浏览器会检查 google.com 是否在 “HTTP Strict Transport Security” (HSTS) 强制安全列表中。如果在，那么即使用户输入的是 http://, 浏览器也会强制将其转换为 https 请求。

第二阶段：网络通信之旅（核心网络知识）

如果缓存中没有找到或者缓存已过期，浏览器就必须踏上网络之旅去获取数据。

DNS 查询 (Domain Name System)
- 目的：计算机在网络中通信需要知道对方的 IP 地址（例如 172.217.160.78），而不是域名（www.google.com）。DNS 就是“互联网的电话本”，负责将域名翻译成 IP 地址。
- 查询过程：这是一个层层查询的过程。
  a. 浏览器 DNS 缓存：浏览器先看自己的缓存里有没有。
  b. 操作系统 DNS 缓存：如果浏览器没有，就去看操作系统的缓存（比如 Windows 的 ipconfig /displaydns）。
  c. 路由器 DNS 缓存：再查询路由器的缓存。
  d. 本地 DNS 服务器 (LDNS)：如果都没有，请求会被发送到你的网络服务提供商 (ISP) 的 DNS 服务器。
  e. 根域名服务器 -> 顶级域名服务器 -> 权威域名服务器：如果 LDNS 也没有缓存，它会从根服务器开始，一路查询 .com 的顶级域名服务器，最后找到负责 google.com 的权威域名服务器，并获取到最终的 IP 地址。
建立 TCP 连接 (Transmission Control Protocol)
- 目的：HTTP 协议是建立在可靠的 TCP 连接之上的。为了保证数据包能够按顺序、无差错地送达，客户端（浏览器）和服务器之间需要先建立一个连接。
- 三次握手 (Three-Way Handshake)：这是一个经典的流程。
  a. SYN: 客户端发送一个 SYN 包，表示“你好，我想和你建立连接，我的序列号是 X”。
  b. SYN-ACK: 服务器收到后，回复一个 SYN-ACK 包，表示“好的，我收到了，我也准备好了。我的序列号是 Y，我期望你下一个包的序列号是 X+1”。
  c. ACK: 客户端再发送一个 ACK 包，表示“收到，连接建立成功。我下一个包的序列号是 X+1”。
- 至此，一条可靠的通信链路就建立好了。
TLS/SSL 握手 (对于 HTTPS)
- 目的：由于我们访问的是 https，在 TCP 连接建立后，还需要进行一次加密握手，以确保后续通信内容（HTTP 请求和响应）不被窃听或篡改。
- 过程简化：
  a. 客户端问候 (Client Hello)：客户端说：“你好，我们来加密通信吧。我支持这些加密算法。”
  b. 服务器响应 (Server Hello & Certificate)：服务器说：“好的，我们用这个算法吧。这是我的数字证书（公钥和身份信息），你可以验证一下我的身份。”
  c. 客户端验证与密钥交换：浏览器会向一个受信任的证书颁发机构 (CA) 验证该证书的真伪。验证通过后，浏览器会生成一个对称密钥，用服务器的公钥加密后发给服务器。
  d. 完成握手：服务器用自己的私钥解密，得到对称密钥。从此，双方就使用这个对称密钥来加密和解密所有通信内容。
发送 HTTP 请求 (HTTP Request)
- 加密通道建立后，浏览器就可以正式发送 HTTP 请求了。一个典型的 HTTP 请求报文包含：
  - 请求行 (Request Line)：GET / HTTP/1.1 (请求方法、请求路径、协议版本)
  - 请求头 (Headers)：包含大量附加信息，如：
    - Host: www.google.com (目标主机)
    - User-Agent: ... (浏览器信息)
    - Accept: text/html,... (能接收的内容类型)
    - Cookie: ... (用户的身份凭证)
  - 请求体 (Body)：对于 GET 请求，请求体为空。对于 POST 请求（如提交表单），这里会包含要发送给服务器的数据。

第三阶段：后端服务器处理（核心后端知识）

请求历经千山万水，终于到达了 Google 的服务器。

接收请求 (Request Reception)
- 请求首先可能到达的不是应用服务器，而是一个反向代理/负载均衡器 (如 Nginx, HAProxy)。
- 负载均衡器 (Load Balancer) 的作用是根据预设的策略（如轮询、最少连接数），将海量的用户请求分发到后方多台应用服务器中的一台，避免单点过载，保证服务高可用。
处理请求 (Request Processing)
- Web 服务器 (Web Server) (如 Nginx, Apache) 将请求转交给应用服务器。
- 应用服务器中的Web 框架 (如 Java Spring, Python Django, Node.js Express) 开始工作。
  a. 路由 (Routing)：框架根据请求的路径 (/)，决定调用哪个控制器 (Controller) 或处理函数来处理这个请求。
  b. 中间件 (Middleware)：在到达具体业务逻辑前，请求可能会经过一系列中间件，用于处理通用任务，如身份认证、日志记录、数据解析等。
  c. 业务逻辑 (Business Logic)：这是应用的核心。代码会执行具体的操作。对于访问谷歌首页，可能包括：
  * 检查用户的登录状态（通过 Cookie）。
  * 从数据库 (Database) 或缓存 (Cache) (如 Redis, Memcached) 中读取用户个性化数据。
  * 调用其他内部微服务 (Microservices) 获取数据（如天气、新闻等）。
  d. 数据渲染：后端将获取到的数据与一个模板 (Template) (如 HTML 模板文件) 进行结合，动态生成最终的 HTML 字符串。这个过程称为服务端渲染 (Server-Side Rendering, SSR)。
构建 HTTP 响应 (HTTP Response)
- 业务逻辑处理完毕后，后端会构建一个 HTTP 响应报文发回给浏览器。
- 状态码 (Status Code)：200 OK (表示成功), 404 Not Found (未找到), 500 Internal Server Error (服务器内部错误) 等。
- 响应头 (Headers)：包含重要信息，如：
  - Content-Type: text/html; charset=UTF-8 (告诉浏览器这是一个 HTML 文件，用 UTF-8 编码)。
  - Set-Cookie: ... (如果需要，服务器可以在这里给用户设置新的 Cookie)。
  - Cache-Control: ... (告诉浏览器如何缓存这个页面)。
- 响应体 (Body)：包含生成的 HTML 文本内容。

第四阶段：浏览器渲染页面（核心前端知识）

浏览器收到服务器的响应后，就开始了将代码变为画面的神奇过程。

解析 HTML -> 构建 DOM 树 (Document Object Model)
- 浏览器从上到下逐行读取 HTML 响应体，并开始解析。
- 它会将 HTML 标签（如 <html>, <body>, <div>) 转化为一个树形结构的对象模型，这就是 DOM。DOM 是 JavaScript 操作网页内容的接口。
解析 CSS -> 构建 CSSOM 树 (CSS Object Model)
- 在解析 HTML 的过程中，如果遇到 <link> 标签引入的外部 CSS 文件或 <style> 标签内的样式，浏览器会异步下载并解析它们。
- CSS 解析器会把 CSS 规则转化为一个类似 DOM 的树形结构，称为 CSSOM。它描述了每个 DOM 元素应该应用什么样式。
构建渲染树 (Render Tree)
- DOM 树和 CSSOM 树构建完毕后，浏览器会将它们合并，生成渲染树。
- 渲染树只包含需要被显示的节点。例如，display: none 的元素就不会出现在渲染树中。
布局 (Layout / Reflow)
- 有了渲染树，浏览器知道了要画什么以及它们的样式，但还不知道它们在屏幕上的确切位置和大小。
- 布局阶段就是计算每个节点在视口 (Viewport) 内的精确几何信息（位置、尺寸）。这个过程也称为回流 (Reflow)。
绘制 (Painting / Rasterizing)
- 布局完成后，浏览器的主线程会将绘制指令（比如“在坐标(10,20)处画一个蓝色的矩形”）交给专门的合成器线程 (Compositor Thread)。
- 合成器会将页面的不同部分（图层）进行绘制，并最终将它们合成为一个位图，显示在屏幕上。这个过程称为绘制 (Paint) 或栅格化 (Rasterization)。
解析和执行 JavaScript
- 当 HTML 解析器遇到 <script> 标签时，默认会暂停 HTML 的解析，转而去下载、解析并执行 JavaScript 代码。
- 为什么会暂停？ 因为 JavaScript 可能会修改 DOM 和 CSSOM（例如 document.write 或 element.style.color = 'red'）。浏览器为了避免无效的渲染工作，会等待脚本执行完毕。这也是为什么通常建议将 <script> 标签放在 <body> 的末尾。
- JavaScript 引擎 (如 Chrome 的 V8) 会执行代码。JS 代码可以通过 DOM API 和 CSSOM API 来动态地修改页面内容和样式，这可能会触发新的回流 (Reflow) 和重绘 (Repaint)，从而更新页面视图。
后续资源加载
- HTML 文档本身加载完成后，浏览器会发现 HTML 中还引用了其他资源，如图片 (<img>)、字体、视频等。浏览器会为这些资源重复上述的网络请求 -> 接收 -> (可能的)渲染过程，通常是并行下载的。

总结

知识领域	涉及的关键技术点
网络知识	OSI/TCP/IP 模型、DNS 解析、TCP/IP 协议 (三次握手、四次挥手)、HTTP/HTTPS 协议 (请求/响应报文、方法、状态码、头部字段)、SSL/TLS 加密 (证书、握手)、网络缓存 (HTTP Cache)、CDN (内容分发网络，虽未详述但属此范畴)
后端知识	服务器硬件/操作系统 (Linux)、Web 服务器/反向代理 (Nginx, Apache)、负载均衡、Web 框架 (Spring, Django, Express)、编程语言 (Java, Python, Node.js)、数据库 (MySQL, PostgreSQL, MongoDB)、缓存 (Redis, Memcached)、API 设计 (RESTful)、身份认证 (Cookie, Session, JWT)、服务端渲染 (SSR)、微服务架构
前端知识	URL 规范、浏览器渲染原理 (关键渲染路径)、HTML/CSS (语义化、布局、样式)、DOM/CSSOM、JavaScript (事件循环、DOM 操作、异步编程)、浏览器缓存机制 (HTTP Cache)、性能优化 (减少回流重绘、资源懒加载)、跨域问题 (CORS)、前端框架 (React, Vue, Angular，它们在客户端进行更复杂的渲染和状态管理)