浏览器工作原理：浅析从输入URL到页面展示这中间发生了什么
“在浏览器里，从输入 URL 到页面展示，这中间发生了什么？ ”这是一道经典的面试题，能比较全面地考察应聘者知识的掌握程度，其中涉及到了网络、操作系统、Web 等一系列的知识。在面试应聘者时也必问这道题，但遗憾的是大多数人只能回答其中部分零散的知识点，并不能将这些知识点串联成线，无法系统而又全面地回答这个问题。那么今天我们就一起来探索下这个流程，下图是梳理出的“从输入 URL 到页面展示完整流程示意图”：
从图中可以看出，整个过程需要各个进程之间的配合，所以在开始正式流程之前，我们还是先来快速回顾下浏览器进程、渲染进程和网络进程的主要职责。
1、浏览器进程主要负责用户交互、子进程管理和文件储存等功能。
2、网络进程是面向渲染进程和浏览器进程等提供网络下载功能。
3、渲染进程的主要职责是把从网络下载的 HTML、JavaScript、CSS、图片等资源解析为可以显示和交互的页面。
因为渲染进程所有的内容都是通过网络获取的，会存在一些恶意代码利用浏览器漏洞对系统进行攻击，所以运行在渲染进程里面的代码是不被信任的。这也是为什么 Chrome 会让渲染进程运行在安全沙箱里，就是为了保证系统的安全。
通过分析，这个过程可以大致描述为如下：
首先，用户从浏览器进程里输入请求信息。
然后，网络进程发起 URL 请求。
服务器响应 URL 请求之后，浏览器进程就又要开始准备渲染进程了。
渲染进程准备好之后，就需要通知浏览器进程：“我已经准备好了，可以向用户展示页面状态了”，我们把这个渲染进程通知浏览器进程的阶段，称为“提交文档”阶段。
浏览器进程接收到渲染进程“提交文档”的消息之后，便开始移除之前旧的文档，然后通知渲染进程“文档已提交”，此时渲染进程便进入了“解析页面”阶段。
这其中，用户发出 URL 请求到页面开始解析的这个过程，就叫做导航。
现在我们知道了浏览器几个主要进程的职责，还有在导航过程中需要经历的几个主要的阶段，下面我们就来详细分析下这些阶段，同时也就解答了开头所说的那道经典的面试题。
1、用户输入
当用户在地址栏中输入一个查询关键字时，地址栏会判断输入的关键字是搜索内容，还是请求的 URL。
如果是搜索内容，地址栏会使用浏览器默认的搜索引擎，来合成新的带搜索关键字的 URL。
如果判断输入内容符合 URL 规则，比如输入的是 time.geekbang.org，那么地址栏会根据规则，把这段内容加上协议，合成为完整的 URL，如 https://time.geekbang.org。
当用户输入关键字并键入回车之后，这意味着当前页面即将要被替换成新的页面，不过在这个流程继续之前，浏览器还给了当前页面一次执行 beforeunload 事件的机会，beforeunload 事件允许页面在退出之前执行一些数据清理操作，还可以询问用户是否要离开当前页面，比如当前页面可能有未提交完成的表单等情况，因此用户可以通过 beforeunload 事件来取消导航，让浏览器不再执行任何后续工作。当前页面没有监听 beforeunload 事件或者同意了继续后续流程，那么浏览器便进入下图的状态：
从图中可以看出，当浏览器刚开始加载一个地址之后，标签页上的图标便进入了加载状态。但此时图中页面显示的依然是之前打开的页面内容，并没立即替换为极客时间的页面。因为需要等待提交文档阶段，页面内容才会被替换。
2、URL 请求过程
接下来，便进入了页面资源请求过程。这时，浏览器进程会通过进程间通信（IPC）把 URL 请求发送至网络进程，网络进程接收到 URL 请求后，会在这里发起真正的 URL 请求流程。那具体流程是怎样的呢？
首先，网络进程会查找本地缓存是否缓存了该资源。如果有缓存资源，那么直接返回资源给浏览器进程；如果在缓存中没有查找到资源，那么直接进入网络请求流程。这请求前的第一步是要进行 DNS 解析，以获取请求域名的服务器 IP 地址。如果请求协议是 HTTPS，那么还需要建立 TLS 连接。
接下来就是利用 IP 地址和服务器建立 TCP 连接。连接建立之后，浏览器端会构建请求行、请求头等信息，并把和该域名相关的 Cookie 等数据附加到请求头中，然后向服务器发送构建的请求信息。
服务器接收到请求信息后，会根据请求信息生成响应数据（包括响应行、响应头和响应体等信息），并发给网络进程。等网络进程接收了响应行和响应头之后，就开始解析响应头的内容了。（为了方便讲述，下面我将服务器返回的响应头和响应行统称为响应头。）
（1）重定向
在接收到服务器返回的响应头后，网络进程开始解析响应头，如果发现返回的状态码是 301 或者 302，那么说明服务器需要浏览器重定向到其他 URL。这时网络进程会从响应头的 Location 字段里面读取重定向的地址，然后再发起新的 HTTP 或者 HTTPS 请求，一切又重头开始了。
curl -I http://time.geekbang.org/
curl -I + URL的命令是接收服务器返回的响应头的信息。执行命令后，我们看到服务器返回的响应头信息如下：
从图中可以看出，极客时间服务器会通过重定向的方式把所有 HTTP 请求转换为 HTTPS 请求。也就是说你使用 HTTP 向极客时间服务器请求时，服务器会返回一个包含有 301 或者 302 状态码响应头，并把响应头的 Location 字段中填上 HTTPS 的地址，这就是告诉了浏览器要重新导航到新的地址上。
下面我们再使用 HTTPS 协议对极客时间发起请求，看看服务器的响应头信息是什么样子的。
curl -I https://time.geekbang.org/
从图中可以看出，服务器返回的响应头的状态码是 200，这是告诉浏览器一切正常，可以继续往下处理该请求了。
（2）响应数据类型处理
在处理了跳转信息之后，我们继续导航流程的分析。URL 请求的数据类型，有时候是一个下载类型，有时候是正常的 HTML 页面，那么浏览器是如何区分它们呢？
答案是 Content-Type。
Content-Type 是 HTTP 头中一个非常重要的字段， 它告诉浏览器服务器返回的响应体数据是什么类型，然后浏览器会根据 Content-Type 的值来决定如何显示响应体的内容。这里我们还是以极客时间为例，看看极客时间官网返回的 Content-Type 值是什么。在终端输入以下命令：
这里我们还是以极客时间为例，看看极客时间官网返回的 Content-Type 值是什么。在终端输入以下命令：curl -I https://time.geekbang.org/
从图中可以看到，响应头中的 Content-type 字段的值是 text/html，这就是告诉浏览器，服务器返回的数据是 HTML 格式。
如果服务器配置 Content-Type 不正确，比如将 text/html 类型配置成 application/octet-stream 类型，那么浏览器可能会曲解文件内容，比如会将一个本来是用来展示的页面，变成了一个下载文件。
所以，不同 Content-Type 的后续处理流程也截然不同。
如果 Content-Type 字段的值被浏览器判断为下载类型，那么该请求会被提交给浏览器的下载管理器，同时该 URL 请求的导航流程就此结束。但如果是 HTML，那么浏览器则会继续进行导航流程。由于 Chrome 的页面渲染是运行在渲染进程中的，所以接下来就需要准备渲染进程了。
3、准备渲染进程
默认情况下，Chrome 会为每个页面分配一个渲染进程，也就是说，每打开一个新页面就会配套创建一个新的渲染进程。但是，也有一些例外，在某些情况下，浏览器会让多个页面直接运行在同一个渲染进程中。比如我从极客时间的首页里面打开了另外一个页面——前端训练营，我们看下图的 Chrome 的任务管理器截图：
从图中可以看出，打开的这三个页面都是运行在同一个渲染进程中，进程 ID 是 23601。
那什么情况下多个页面会同时运行在一个渲染进程中呢？
要解决这个问题，我们就需要先了解下什么是同一站点（same-site）。具体地讲，我们将“同一站点”定义为根域名（例如，geekbang.org）加上协议（例如，https:// 或者 http://），还包含了该根域名下的所有子域名和不同的端口，比如下面这三个：
https://time.geekbang.org
https://www.geekbang.org
https://www.geekbang.org:8080
它们都是属于同一站点，因为它们的协议都是 HTTPS，而且根域名也都是 geekbang.org。
Chrome 的默认策略是：每个标签对应一个渲染进程。但如果从一个页面打开了另一个新页面，而新页面和当前页面属于同一站点的话，那么新页面会复用父页面的渲染进程。官方把这个默认策略叫 process-per-site-instance。
总结来说，打开一个新页面采用的渲染进程策略就是：
通常情况下，打开新的页面都会使用单独的渲染进程；如果从 A 页面打开 B 页面，且 A 和 B 都属于同一站点的话，那么 B 页面复用 A 页面的渲染进程；
如果是其他情况，浏览器进程则会为 B 创建一个新的渲染进程。
渲染进程准备好之后，还不能立即进入文档解析状态，因为此时的文档数据还在网络进程中，并没有提交给渲染进程，所以下一步就进入了提交文档阶段。
4、提交文档
在上面我们分析过了，渲染进程准备好之后，它就会通知浏览器进程，可以替换当前旧的文档了，具体地讲，需要经过下列几个步骤：
（1）首先“提交文档”的消息是由渲染进程发出给浏览器进程的，这是告诉浏览器进程，它已经准备好了，可以执行解析渲染等后续操作了。
（2）浏览器进程接收到当前渲染进程的“提交文档”消息后，便开始清理当前的旧文档，然后会发出“确认提交”的消息给渲染进程。同时，浏览器进程会更新浏览器界面状态，包括了安全状态、地址栏的 URL、前进后退的历史状态，并更新 Web 页面。
（3）当渲染进程接收到“确认提交”的消息后，便开始执行解析数据、下载子资源等后续流程，并实时向浏览器进程更新最新的渲染状态。
其中，当浏览器进程确认提交之后，更新内容如下图所示：
这也就解释了为什么在浏览器的地址栏里面输入了一个地址后，之前的页面没有立马消失，而是要加载一会儿才会更新页面。
到这里，一个完整的导航流程就“走”完了，这之后就要进入渲染阶段了。
5、渲染阶段
一旦文档被提交，渲染进程便开始页面解析和子资源加载了，关于这个阶段的完整过程，我会在下一篇文章中来专门介绍。这里你只需要先了解一旦页面生成完成，渲染进程会发送一个消息给浏览器进程，浏览器接收到消息后，会停止标签图标上的加载动画。如下所示：
至此，一个完整的页面就生成了。那文章开头的“从输入 URL 到页面展示，这中间发生了什么？”这个过程及其“串联”的问题也就解决了，后续会讲讲页面的渲染过程。
6、总结
好了，今天就到这里，下面我来简单总结下这篇文章的要点：
（1）服务器可以根据响应头来控制浏览器的行为，如跳转/网络数据类型判断。
（2）Chrome 默认采用每个标签对应一个渲染进程，但是如果两个页面属于同一站点，那这两个标签会使用同一个渲染进程。
（3）浏览器的导航过程涵盖了从用户发起请求到提交文档给渲染进程的中间所有阶段。
导航流程很重要，它是网络加载流程和渲染流程之间的一座桥梁，如果你理解了导航流程，那么你就能完整串起来整个页面显示流程，这对于你理解浏览器的工作原理起到了点睛的作用。
思考时间：在上一篇文章中我们介绍了 HTTP 请求过程，在本文我们又介绍了导航流程，那么如果再有面试官问你 “从输入 URL 到页面展示，这中间发生了什么？” 这个问题，你知道怎么回答了吗？可以用你自己的语言组织下，就当为你的面试官做准备。
回答：结合讲义，自己总结了下，不考虑用户输入搜索关键字的情况
1、用户输入url回车，浏览器进程检查url，组装协议，构成完整的url链接
2、浏览器进程通过进程间通信（IPC）把url链接发送给网络进程
3、网络进程接收到url请求后，先从本地缓存里检查是否缓存了该请求资源，如果有就将该资源返回给浏览器进程
4、如果没有，网络进程就会向web服务器发起网络请求。
请求流程如下：
（1）进行DNS解析，获取服务器ip地址
（2）利用ip地址与服务器进行TCP连接
（3）构建请求头信息
（4）发送请求头信息
（5）服务器响应后，接收响应头和响应信息，并解析响应内容
5、网络进程解析响应流程。
（1）检查状态码，如果是301/302，则代表需要重定向，就从Location字段中拿到重定向的地址，并重新开始请求
（2）如果是200，则会检查响应头类型。如果响应头类型是字节流下载类型，则将该请求提交给下载管理器去下载，该导航结束，不再进行后续的渲染。
6、如果响应类型是html，则网络进行就会通知浏览器进程需要准备渲染进程了，来进行后续的渲染工作。
7、准备渲染进程：浏览器进程会先检查该url与之前打开的页面是否有处于同一站点的，如果有就复用之前的渲染进程，如果没有的话，就会新开一个渲染进程。
8、渲染进程准备好之后，浏览器进程会向渲染进程先发一个“提交文档”的消息。
9、渲染进程接收到“提交文档”的消息之后就会和网络进程建立一个数据传输的“管道”
10、等文档数据传输完成之后，渲染进程会返回 “确认文档被提交” 的消息给浏览器进程；
11、浏览器进程接收到确认消息后更新浏览器界面状态：安全、地址栏url、前进后退的历史状态、更新web页面。
到这里“导航”流程就走完了，就会进入渲染阶段了。一旦文档被提交，渲染进程就开始页面解析和子资源下载了，继续渲染进程：
12、渲染进程将html内容转换为dom树结构
13、渲染进程将css样式表转换为cssom，并进行样式计算生成渲染树。
具体有三步：（1）转换为可以理解的stylesheets；（2）属性标准化；（3）计算每个节点的样式：遵循css继承与层叠规则
14、创建布局树，并计算节点的布局信息
15、对布局树进行分层，生成分层树
16、对每个图层生成绘制命令，并提交给合成线程
17、合成线程将图层分成图块，并进行光栅化处理，在光栅化线程池中将图块转换为位图。这其中可能还会涉及GUI线程、GUI位图
18、合成线程发送绘制图块命令DrawQuad给浏览器进程
19、浏览器进程根据DrawQuad消息生成页面，并显示在显示器上。
注： 本文出自极客时间（浏览器工作原理与实践），请大家多多支持李兵老师。如有侵权，请及时告知。
