一道经典的面试题是从URL
在浏览器被输入到页面展现的过程中发生了什么?大多数回答都是请求响应之后DOM
是怎么被构建、被绘制出来。
但是你有没想过,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?
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
请求完成之后断开?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吗(比如一起发起三个请求,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
连接的数量有没限制?
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
连接。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,以及如果维持连接,那么SSL
的开销也可以避免。
以下两张图片是短时间内访问某站点的时间统计:
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,并且默认开启持久化连接(除非请求中声明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
才会请求完成之后关闭连接。
一个TCP连接可以对应几个HTTP请求?
了解第一个问题之后,其实这个问题也有了答案,如果维持连接,一个TCP
连接可以发送多个HTTP请求的。
一个TCP连接中,HTTP请求可以一起发送吗?
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,意思是说: 两个请求的声明周期不能重叠,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: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:
- 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。
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答案了,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。
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。
那么回到最开始的问题,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。