- 松若章
- https://zhuanlan.zhihu.com/p/61423830
正文
曾经有这么一道经典面试题：从 URL 在浏览器被被输入到页面展现的过程中发生了什么？
相信大多数准备过的同学都能回答出来，但是如果继续问：
收到的 HTML 如果包含几十个图片标签，这些图片是以什么方式、什么顺序、建立了多少连接、使用什么协议被下载下来的呢？
要搞懂这个问题，我们需要先解决下面五个问题：
- 现代浏览器在与服务器建立了一个 TCP 连接后是否会在一个 HTTP 请求完成后断开？什么情况下会断开？
- 一个 TCP 连接可以对应几个 HTTP 请求？
- 一个 TCP 连接中 HTTP 请求发送可以一起发送么（比如一起发三个请求，再三个响应一起接收）？
- 为什么有的时候刷新页面不需要重新建立 SSL 连接？
- 浏览器对同一 Host 建立 TCP 连接到数量有没有限制？
第一个问题
现代浏览器在与服务器建立了一个 TCP 连接后是否会在一个 HTTP 请求完成后断开？什么情况下会断开？
在 HTTP/1.0 中，一个服务器在发送完一个 HTTP 响应后，会断开 TCP 链接。但是这样每次请求都会重新建立和断开 TCP 连接，代价过大。
所以虽然标准中没有设定，某些服务器对 Connection: keep-alive 的 Header 进行了支持。
意思是说，完成这个 HTTP 请求之后，不要断开 HTTP 请求使用的 TCP 连接。
这样的好处是连接可以被重新使用，之后发送 HTTP 请求的时候不需要重新建立 TCP 连接。
另外，如果维持连接，那么 SSL 的开销也可以避免，两张图片是我短时间内两次访问 https://www.github.com 的时间统计：
头一次访问，有初始化连接和 SSL 开销
初始化连接和 SSL 开销消失了，说明使用的是同一个 TCP 连接
持久连接：既然维持 TCP 连接好处这么多，HTTP/1.1 就把 Connection 头写进标准，并且默认开启持久连接
除非请求中写明 Connection: close，那么浏览器和服务器之间是会维持一段时间的 TCP 连接，不会一个请求结束就断掉。
所以第一个问题的答案是：默认情况下建立 TCP 连接不会断开，只有在请求报头中声明 Connection: close 才会在请求完成后关闭连接。
第二个问题
一个 TCP 连接可以对应几个 HTTP 请求？
了解了第一个问题之后，其实这个问题已经有了答案，如果维持连接，一个 TCP 连接是可以发送多个 HTTP 请求的。
第三个问题
一个 TCP 连接中 HTTP 请求发送可以一起发送么（比如一起发三个请求，再三个响应一起接收）？
HTTP/1.1 存在一个问题，单个 TCP 连接在同一时刻只能处理一个请求
它的意思是说：两个请求的生命周期不能重叠，任意两个 HTTP 请求从开始到结束的时间在同一个 TCP 连接里不能重叠。
虽然 HTTP/1.1 规范中规定了 Pipelining 来试图解决这个问题，但是这个功能在浏览器中默认是关闭的。
先来看一下 Pipelining 是什么，RFC 2616 中规定了：
A client that supports persistent connections MAY "pipeline" its requests (i.e., send multiple requests without waiting for each response). A server MUST send its responses to those requests in the same order that the requests were received. 一个支持持久连接的客户端可以在一个连接中发送多个请求（不需要等待任意请求的响应）。收到请求的服务器必须按照请求收到的顺序发送响应。
至于标准为什么这么设定，我们可以大概推测一个原因：
由于 HTTP/1.1 是个文本协议，同时返回的内容也并不能区分对应于哪个发送的请求，所以顺序必须维持一致。
比如你向服务器发送了两个请求 GET/query?q=A 和 GET/query?q=B，服务器返回了两个结果，浏览器是没有办法根据响应结果来判断响应对应于哪一个请求的。
Pipelining 这种设想看起来比较美好，但是在实践中会出现许多问题：
- 一些代理服务器不能正确的处理 HTTP Pipelining。
- 正确的流水线实现是复杂的。
- Head-of-line Blocking 连接头阻塞：在建立起一个 TCP 连接之后，假设客户端在这个连接连续向服务器发送了几个请求，按照标准，服务器应该按照收到请求的顺序返回结果 假设服务器在处理首个请求时花费了大量时间，那么后面所有的请求都需要等着首个请求结束才能响应。
所以现代浏览器默认是不开启 HTTP Pipelining 的。
但是，HTTP2 提供了 Multiplexing 多路传输特性，可以在一个 TCP 连接中同时完成多个 HTTP 请求。
至于 Multiplexing 具体怎么实现的就是另一个问题了。我们可以看一下使用 HTTP2 的效果。
绿色是发起请求到请求返回的等待时间，蓝色是响应的下载时间，可以看到都是在同一个 Connection，并行完成的
所以这个问题也有了答案：在 HTTP/1.1 存在 Pipelining 技术可以完成这个多个请求同时发送，但是由于浏览器默认关闭，所以可以认为这是不可行的。
在 HTTP2 中由于 Multiplexing 特点的存在，多个 HTTP 请求可以在同一个 TCP 连接中并行进行。
那么在 HTTP/1.1 时代，浏览器是如何提高页面加载效率的呢？主要有下面两点：
- 维持和服务器已经建立的 TCP 连接，在同一连接上顺序处理多个请求。
- 和服务器建立多个 TCP 连接。
第四个问题
为什么有的时候刷新页面不需要重新建立 SSL 连接？
在第一个问题的讨论中已经有了答案：TCP 连接有的时候会被浏览器和服务端维持一段时间。TCP 不需要重新建立，SSL 自然也会用之前的。
第五个问题
浏览器对同一 Host 建立 TCP 连接到数量有没有限制？
假设我们还处在 HTTP/1.1 时代，那个时候没有多路传输，当浏览器拿到一个有几十张图片的网页该怎么办呢？
肯定不能只开一个 TCP 连接顺序下载，那样用户肯定等的很难受
但是如果每个图片都开一个 TCP 连接发 HTTP 请求，那电脑或者服务器都可能受不了
要是有 1000 张图片的话总不能开 1000 个TCP 连接吧，你的电脑同意 NAT 也不一定会同意。
所以答案是：有。Chrome 最多允许对同一个 Host 建立六个 TCP 连接。不同的浏览器有一些区别。
https://developers.google.com/web/tools/chrome-devtools/network/issues#queued-or-stalled-requestsdevelopers.google.com
那么，回到最开始的问题：
收到的 HTML 如果包含几十个图片标签，这些图片是以什么方式、什么顺序、建立了多少连接、使用什么协议被下载下来的呢？
如果图片都是 HTTPS 连接并且在同一个域名下，那么浏览器在 SSL 握手之后会和服务器商量能不能用 HTTP2
如果能的话就使用 Multiplexing 功能在这个连接上进行多路传输。不过也未必会所有挂在这个域名的资源都会使用一个 TCP 连接去获取，但是可以确定的是 Multiplexing 很可能会被用到。
如果发现用不了 HTTP2 呢？或者用不了 HTTPS（现实中的 HTTP2 都是在 HTTPS 上实现的，所以也就是只能使用 HTTP/1.1）
那浏览器就会在一个 HOST 上建立多个 TCP 连接，连接数量的最大限制取决于浏览器设置，这些连接会在空闲的时候被浏览器用来发送新的请求，如果所有的连接都正在发送请求呢？那其他的请求就只能等等了。
-END-
