不只是前端，后端、产品和测试也需要了解的浏览器知识（二）

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继上篇《不只是前端，后端、产品和测试也需要了解的浏览器知识（一）》介绍了浏览器的基本情况、发展历史以及市场占有率。
本篇文章将介绍浏览器基本原理。在掌握基本原理后，通过技术深入，在研发过程中不断创新，推动产品性能、用户体验的提升，来实现业务的增长，创造可持续的价值。

一、业务系统呈现给用户的节点

当用户访问我们的业务系统时，浏览器和服务器之间会进行一系列复杂的交互过程。浏览器整体的导航流程如下：

以下是用户从输入 URL 到看到业务系统页面的详细步骤：

1. 输入 URL 并解析

1.1 用户输入 URL 并按下回车键

用户在浏览器地址栏中输入业务系统的 URL，例如 https://www.businesssystem.com，并按下回车键。

1.2 浏览器解析 URL

浏览器解析输入的 URL，确定协议（如 HTTPS）、主机名（如 www.businesssystem.com）、端口号（如果有）、路径、查询参数等。

1.3 DNS 解析

浏览器需要将主机名转换为 IP 地址。这个过程称为 DNS 解析，通常包括以下步骤：

• 浏览器首先检查本地 DNS 缓存，看看是否有对应的 IP 地址。
• 如果本地缓存中没有，浏览器会向操作系统查询。
• 操作系统会检查自己的缓存，并可能向本地的 DNS 服务器发出请求。
• 本地 DNS 服务器可能会递归查询其他 DNS 服务器，直到找到对应的 IP 地址。

2. 建立连接、发送请求并接收响应

2.1 建立 TCP 连接

一旦获得了 IP 地址，浏览器会通过 TCP/IP 协议与服务器建立连接。对于 HTTPS，浏览器还会进行 SSL/TLS 握手，以建立安全连接。流程如下：

2.2 发送 HTTP 请求

连接建立后，浏览器会构建一个 HTTP 请求并发送给服务器。请求包括请求行（例如 GET /index.html HTTP/1.1）、请求头（如 User-Agent、Accept 等）以及可能的请求体（对于 POST 请求）。

2.3 服务器处理请求

服务器接收到请求后，会根据请求的内容进行处理：

• 服务器解析请求，确定所需的资源（如 HTML 文件、图片、数据等）。
• 服务器可能需要与后端数据库或其他服务进行交互，以生成响应内容。
• 服务器构建 HTTP 响应，包括状态行（如 HTTP/1.1 200 OK）、响应头（如 Content-Type、Content-Length 等）和响应体（实际的页面内容）。

2.4 发送 HTTP 响应

服务器将构建好的 HTTP 响应发送回浏览器。

2.5 浏览器接收响应

浏览器接收到服务器的响应后，会根据响应头的信息处理响应体：

• 如果响应是重定向（如 301 或 302），浏览器会根据Location 头再次发起请求。
• 如果响应包含压缩内容（如 gzip），浏览器会解压缩。
• 浏览器会根据 Content-Type 头确定如何处理响应体（如 HTML、CSS、JavaScript、图片等）。

发送请求和接受响应流程如下：

3. 解析和加载资源、渲染页面

3.1 解析 HTML

浏览器开始解析 HTML 文档，构建 DOM 树。解析过程中，浏览器会处理各种 HTML 标签，并根据需要发起其他请求（如 CSS、JavaScript、图片等）。

3.2 加载和执行资源

• CSS：浏览器解析 CSS 文件并构建 CSSOM 树，与 DOM 树结合形成渲染树。
• JavaScript：浏览器解析和执行 JavaScript 代码，可能会修改 DOM 树或 CSSOM 树。
• 图片和其他资源：浏览器会异步加载这些资源，并在加载完成后进行渲染。

3.3 渲染页面

浏览器根据渲染树计算每个元素的布局（位置和大小），并将页面绘制到屏幕上。这个过程可能会涉及多次重绘和重排（reflow/repaint），尤其是在 JavaScript 修改 DOM 或 CSS 的情况下。

页面渲染流程如下：

4. 用户交互

页面加载完成后，用户可以与页面进行交互。浏览器会响应用户的操作（如点击、输入等），并可能通过 JavaScript 动态更新页面内容。

5. 小结

业务系统的呈现过程主要是：URL解析、与服务器建立连接、服务器处理请求并返回响应、下载和解析响应、页面渲染。

二、系统呈现过程中的技术点

1. DNS解析优化

1.1 启用 DNS 预解析

DNS 预解析（DNS Prefetching）：浏览器在用户点击链接之前，提前解析该链接的域名，从而减少等待时间。

<link rel="dns-prefetch"href="//example.com">

1.2 DNS缓存优化

合理设置 DNS 记录的 TTL（Time-To-Live），使得 DNS 记录可以在客户端和中间缓存服务器上保存适当的时间，减少重复解析请求。

• 对于不经常变化的记录，可以设置较长的 TTL 值（如 24 小时）。
• 对于经常变化的记录，可以设置较短的 TTL 值（如几分钟到几小时）。

1.3 负载均衡和冗余

• 负载均衡：使用 DNS 负载均衡技术，将流量分配到多台服务器上，防止单点故障。
• 冗余配置：配置多个权威 DNS 服务器，确保在一个服务器故障时，其他服务器可以继续提供解析服务。

1.4 减少 DNS 查询次数

• 合并资源：尽量将资源放在同一个域名下，减少跨域名的 DNS 查询次数。
• 减少外部资源：尽量减少页面中引用的外部资源（如第三方脚本和样式），以减少额外的 DNS 查询。

2. http协议优化

2.1 请求方法优化

• 使用合适的请求方法：确保使用正确的 HTTP 方法（GET、POST、PUT、DELETE 等）来表示操作的意图。例如，使用 GET 方法获取数据，使用 POST 方法提交数据。
• 避免不必要的请求：合并请求，减少页面中的请求次数。例如，CSS 和 JavaScript 文件可以合并，图像可以使用精灵图（sprite）。

2.2 状态码优化

• 正确使用状态码：确保服务器返回正确的 HTTP 状态码。例如，200 表示成功，404 表示资源未找到，500 表示服务器错误。
• 重定向优化：减少重定向次数，避免不必要的 301 或 302 重定向。

2.3 请求头和响应头优化

• 压缩传输内容：使用 Gzip 或 Brotli 压缩传输内容，减少传输数据量。
• 缓存控制：使用缓存控制头（如 Cache-Control、Expires）来缓存静态资源，减少重复请求。
• 内容安全策略（CSP）：设置内容安全策略头，防止跨站脚本攻击（XSS）。
• 减少头部大小：删除不必要的请求和响应头，减少头部大小，加快传输速度。

2.4 HTTP/2 和 HTTP/3 优化

• a. 多路复用 - 启用 HTTP/2 或 HTTP/3：这些协议支持多路复用，可以在一个 TCP 连接中同时发送多个请求和响应，减少延迟。- 减少域名分片：HTTP/2 和 HTTP/3 中，多路复用使得域名分片（将资源分布到多个子域名）不再必要，反而可能降低性能。
• b. 头部压缩 - 使用 HPACK（HTTP/2）或 QPACK（HTTP/3）头部压缩：这些协议支持头部压缩，减少传输的数据量。
• c. 减少延迟 - 使用优先级和依赖：HTTP/2 和 HTTP/3 支持请求优先级和依赖，确保关键资源优先加载。- 启用 QUIC 协议（HTTP/3）：QUIC 协议基于 UDP，减少了连接建立的延迟，提供更快的传输速度。

4. CDN优化

• 使用 CDN：将静态资源分发到全球各地的节点，减少用户访问的延迟。
• 边缘计算：利用 CDN 的边缘计算能力，在靠近用户的节点上处理部分逻辑，减少服务器负载。
• 静态资源托管：将静态资源（如图像、CSS、JavaScript）托管在 CDN 上，减少网络延迟，加快加载速度。

5. 页面渲染时优化

5.1 HTML 优化

a. 减少 DOM 复杂度

• 简化 HTML 结构：减少嵌套层级，避免过度复杂的 DOM 结构。
• 删除不必要的元素：移除无用的 HTML 标签和注释。

b. 延迟加载非关键内容

• 使用 defer 和 async：对非关键 JavaScript 文件使用 defer 或 async 属性，避免阻塞页面渲染。
• 懒加载图像和视频：使用 loading=“lazy” 属性或 JavaScript 实现懒加载，延迟加载视口外的图像和视频。

5.2 CSS 优化

a. 减少 CSS 文件大小

• 压缩 CSS 文件：使用工具（如 CSSNano、CleanCSS）压缩 CSS 文件，减少文件大小。
• 移除未使用的 CSS：使用工具（如 PurgeCSS）移除未使用的 CSS 规则。

b. 优化 CSS 加载

• 使用外部样式表：将 CSS 放在外部样式表中，而不是内联样式，便于缓存和管理。
• 放置 CSS 在 中: 确保 CSS 文件在 中加载，以便尽快渲染页面。
• 避免 CSS 阻塞渲染：将关键 CSS 内联到 HTML 中，非关键 CSS 异步加载。

5.3 JavaScript 优化

a. 减少 JavaScript 文件大小

• 压缩和混淆：使用工具（如 UglifyJS、Terser）压缩和混淆 JavaScript 文件，减少文件大小。
• 移除未使用的代码：使用工具（如 Webpack 的 Tree Shaking）移除未使用的代码。

b. 优化 JavaScript 加载

• 分离关键和非关键脚本：将关键脚本放在 中，非关键脚本放在页面底部或使用 defer 和 async。
• 代码分割：使用 Webpack 等工具进行代码分割，按需加载模块。

c. 优化 JavaScript 执行

• 减少重排和重绘：避免频繁操作 DOM，使用文档片段（Document Fragment）或虚拟 DOM 技术。
• 使用节流和防抖：对高频率事件（如滚动、输入）使用节流（throttle）和防抖（debounce）技术，减少不必要的函数调用。
• 减少 JavaScript 阻塞：避免长时间运行的 JavaScript 任务，使用 Web Workers 将复杂计算移到后台线程。

5.4 图像优化

a. 减少图像文件大小

• 压缩图像：使用工具（如 ImageOptim、TinyPNG）压缩图像文件，减少文件大小。
• 选择合适的格式：根据图像内容选择合适的格式（如 JPEG、PNG、WebP），WebP 通常比 JPEG 和 PNG 更小。

b. 优化图像加载

• 使用响应式图像：使用 srcset 和 sizes 属性提供不同分辨率的图像，适应不同设备。
• 懒加载图像：使用 loading=“lazy” 属性或 JavaScript 实现图像懒加载。

5.5 其他优化策略

a. 优化字体加载

• 使用字体显示策略：使用 font-display 属性控制字体加载行为，避免字体闪烁（FOIT）和不可见文本（FOUT）。
• 减少字体文件大小：使用子集化工具（如 Google Fonts 的子集化功能）只加载需要的字符集，减少字体文件大小。

6. 小结

在实际业务中我们需要针对页面呈现过程中的每一个节点，去制定不同的优化策略。

三、总结

本文主要介绍了业务系统呈现给用户所经历的各个节点，以及作为技术人能在各节点中进行优化的点， 通过这些技术优化点，在研发过程中不断创新，推动产品性能、用户体验的提升，来实现业务的增长，创造可持续的价值。

参考阅读
《浏览器工作原理与实践》
《一次完整的http请求过程》（https://www.cnblogs.com/bonne-chance/p/18137852）
《前端需要了解的CDN知识》（https://juejin.cn/post/6913704568325046279?searchId=202407292115041101A6E22E0045FF583A）

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最后欢迎大家交流学习，共同成长。

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