浏览器相关原理(面试题)详细总结

前端

1. Chrome 打开一个页面需要启动多少进程？分别有哪些进程？

浏览器从关闭状态进行启动，然后新开 1 个页面至少需要 1 个网络进程、1 个浏览器进程、1 个 GPU 进程以及 1 个渲染进程，共 4 个进程；后续再新开标签页，浏览器、网络进程、GPU进程是共享的，不会重新启动，如果2个页面属于同一站点的话，并且从a页面中打开的b页面，那么他们也会共用一个渲染进程，否则新开一个渲染进程。

最新的 Chrome 浏览器包括：1 个浏览器（Browser）主进程、1 个 GPU 进程、1 个网络（NetWork）进程、多个渲染进程和多个插件进程。

  • 浏览器进程：主要负责界面显示、用户交互、子进程管理，同时提供存储等功能。
  • 渲染进程：核心任务是将 HTML、CSS 和 JavaScript 转换为用户可以与之交互的网页，排版引擎 Blink 和 JavaScript 引擎 V8 都是运行在该进程中，默认情况下，Chrome 会为每个 Tab 标签创建一个渲染进程。出于安全考虑，渲染进程都是运行在沙箱模式下。
  • GPU 进程：其实，Chrome 刚开始发布的时候是没有 GPU 进程的。而 GPU 的使用初衷是为了实现 3D CSS 的效果，只是随后网页、Chrome 的 UI 界面都选择采用 GPU 来绘制，这使得 GPU 成为浏览器普遍的需求。最后，Chrome 在其多进程架构上也引入了 GPU 进程。
  • 网络进程：主要负责页面的网络资源加载，之前是作为一个模块运行在浏览器进程里面的，直至最近才独立出来，成为一个单独的进程。
  • 插件进程：主要是负责插件的运行，因插件易崩溃，所以需要通过插件进程来隔离，以保证插件进程崩溃不会对浏览器和页面造成影响。

该题答案引用 《浏览器工作原理与实践》里的内容

2. 如何保证页面文件能被完整送达浏览器？

互联网中的数据是通过数据包来传输的。数据包要在互联网上进行传输，就要符合网际协议(IP)，互联网上不同的在线设备都有唯一的地址，地址只是一个数字，只要知道这个具体的地址，就可以往这里发送信息。

如果要想把一个数据包从主机 A 发送给主机 B，那么在传输之前，数据包上会被附加上主机 B 的 IP 地址信息，这样在传输过程中才能正确寻址。额外地，数据包上还会附加上主机 A 本身的 IP 地址，有了这些信息主机 B 才可以回复信息给主机 A。这些附加的信息会被装进一个叫 IP 头的数据结构里。IP 头是 IP 数据包开头的信息，包含 IP 版本、源 IP 地址、目标 IP 地址、生存时间等信息。

IP 是非常底层的协议，只负责把数据包传送到对方电脑，但是对方电脑并不知道把数据包交给哪个程序，是交给浏览器还是交给王者荣耀？因此，需要基于 IP 之上开发能和应用打交道的协议，最常见的是用户数据包协议（User Datagram Protocol)，简称UDP和传输控制协议（Transmission Control Protocol）,简称TCP.

基本传输过程为：

  1. 上层将数据包交给传输层
  2. 传输层会在数据包前面附加上UDP 头，组成新的 UDP 数据包，再将新的 UDP 数据包交给网络层
  3. 网络层再将 IP 头附加到数据包上，组成新的 IP 数据包，并交给底层
  4. 数据包被传输到主机 B 的网络层，在这里主机 B 拆开 IP 头信息，并将拆开来的数据部分交给传输层
  5. 在传输层，数据包中的 UDP 头会被拆开，并根据 UDP 中所提供的端口号，把数据部分交给上层的应用程序
  6. 最终，数据包就发送到了主机 B 上层应用程序这里。

该题答案引用 《浏览器工作原理与实践》里的内容

3. UDP和TCP有什么区别？

  • TCP协议在传送数据段的时候要给段标号；UDP协议不
  • TCP协议可靠；UDP协议不可靠
  • TCP协议是面向连接；UDP协议采用无连接
  • TCP协议负载较高，采用虚电路；UDP采用无连接
  • TCP协议的发送方要确认接收方是否收到数据段（3次握手协议）
  • TCP协议采用窗口技术和流控制
特性 TCP UDP
是否连接 面向连接 面向非连接
传输可靠性 可靠 不可靠
应用场合 传输大量数据 传输少量数据
速度 慢 快

4. TCP传输的详细过程是怎样的？

进行三次握手，建立TCP连接。
  • 第一次握手：建立连接。客户端发送连接请求报文段，将SYN位置为1，Sequence Number为x；然后，客户端进入SYN_SEND状态，等待服务器的确认；
  • 第二次握手：服务器收到SYN报文段。服务器收到客户端的SYN报文段，需要对这个SYN报文段进行确认，设置Acknowledgment Number为x+1(Sequence Number+1)；同时，自己自己还要发送SYN请求信息，将SYN位置为1，Sequence Number为y；服务器端将上述所有信息放到一个报文段（即SYN+ACK报文段）中，一并发送给客户端，此时服务器进入SYN_RECV状态；
  • 第三次握手：客户端收到服务器的SYN+ACK报文段。然后将Acknowledgment Number设置为y+1，向服务器发送ACK报文段，这个报文段发送完毕以后，客户端和服务器端都进入ESTABLISHED状态，完成TCP三次握手。 完成了三次握手，客户端和服务器端就可以开始传送数据。

ACK：此标志表示应答域有效，就是说前面所说的TCP应答号将会包含在TCP数据包中；有两个取值：0和1，为1的时候表示应答域有效，反之为0。 TCP协议规定，只有ACK=1时有效，也规定连接建立后所有发送的报文的ACK必须为1。 SYN(SYNchronization) ： 在连接建立时用来同步序号。当SYN=1而ACK=0时，表明这是一个连接请求报文。对方若同意建立连接，则应在响应报文中使SYN=1和ACK=1. 因此, SYN置1就表示这是一个连接请求或连接接受报文。 FIN （finis）即完，终结的意思， 用来释放一个连接。当 FIN = 1 时，表明此报文段的发送方的数据已经发送完毕，并要求释放连接。

发送HTTP请求，服务器处理请求，返回响应结果

TCP连接建立后，浏览器就可以利用HTTP／HTTPS协议向服务器发送请求了。服务器接受到请求，就解析请求头，如果头部有缓存相关信息如if-none-match与if-modified-since，则验证缓存是否有效，若有效则返回状态码为304，若无效则重新返回资源，状态码为200.

关闭TCP连接
  • 第一次分手：主机1（可以使客户端，也可以是服务器端），设置Sequence Number和Acknowledgment Number，向主机2发送一个FIN报文段；此时，主机1进入FIN_WAIT_1状态；这表示主机1没有数据要发送给主机2了；
  • 第二次分手：主机2收到了主机1发送的FIN报文段，向主机1回一个ACK报文段，Acknowledgment Number为Sequence Number加1；主机1进入FIN_WAIT_2状态；主机2告诉主机1，我“同意”你的关闭请求；
  • 第三次分手：主机2向主机1发送FIN报文段，请求关闭连接，同时主机2进入LAST_ACK状态；
  • 第四次分手：主机1收到主机2发送的FIN报文段，向主机2发送ACK报文段，然后主机1进入TIME_WAIT状态；主机2收到主机1的ACK报文段以后，就关闭连接；此时，主机1等待2MSL后依然没有收到回复，则证明Server端已正常关闭，那好，主机1也可以关闭连接了。

5. 为什么很多站点第二次打开速度会很快？

主要原因是第一次加载页面过程中，缓存了一些耗时的数据。 那么，哪些数据会被缓存呢？

DNS缓存

主要就是在浏览器本地把对应的 IP 和域名关联起来，这样在进行DNS解析的时候就很快。

MemoryCache

是指存在内存中的缓存。从优先级上来说，它是浏览器最先尝试去命中的一种缓存。从效率上来说，它是响应速度最快的一种缓存。 内存缓存是快的，也是“短命”的。它和渲染进程“生死相依”，当进程结束后，也就是 tab 关闭以后，内存里的数据也将不复存在。

浏览器缓存

先看一张经典的流程图，结合理解

浏览器缓存，也称Http缓存，分为强缓存和协商缓存。优先级较高的是强缓存，在命中强缓存失败的情况下，才会走协商缓存。

强缓存

强缓存是利用 http 头中的 Expires 和 Cache-Control 两个字段来控制的。强缓存中，当请求再次发出时，浏览器会根据其中的 expires 和 cache-control 判断目标资源是否“命中”强缓存，若命中则直接从缓存中获取资源，不会再与服务端发生通信。

实现强缓存，过去我们一直用expires。当服务器返回响应时，在 Response Headers 中将过期时间写入 expires 字段。像这样

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expires: Wed, 12 Sep 2019 06:12:18 GMT
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可以看到，expires 是一个时间戳，接下来如果我们试图再次向服务器请求资源，浏览器就会先对比本地时间和 expires 的时间戳，如果本地时间小于 expires 设定的过期时间，那么就直接去缓存中取这个资源。

从这样的描述中大家也不难猜测，expires 是有问题的，它最大的问题在于对“本地时间”的依赖。如果服务端和客户端的时间设置可能不同，或者我直接手动去把客户端的时间改掉，那么 expires 将无法达到我们的预期。

考虑到 expires 的局限性，HTTP1.1 新增了Cache-Control字段来完成 expires 的任务。expires 能做的事情，Cache-Control 都能做；expires 完成不了的事情，Cache-Control 也能做。因此，Cache-Control 可以视作是 expires 的完全替代方案。在当下的前端实践里，我们继续使用 expires 的唯一目的就是向下兼容。

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cache-control: max-age=31536000
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在 Cache-Control 中，我们通过max-age来控制资源的有效期。max-age 不是一个时间戳，而是一个时间长度。在本例中，max-age 是 31536000 秒，它意味着该资源在 31536000 秒以内都是有效的，完美地规避了时间戳带来的潜在问题。

Cache-Control 相对于 expires 更加准确，它的优先级也更高。当 Cache-Control 与 expires 同时出现时，我们以 Cache-Control 为准。

协商缓存

协商缓存依赖于服务端与浏览器之间的通信。协商缓存机制下，浏览器需要向服务器去询问缓存的相关信息，进而判断是重新发起请求、下载完整的响应，还是从本地获取缓存的资源。如果服务端提示缓存资源未改动（Not Modified），资源会被重定向到浏览器缓存，这种情况下网络请求对应的状态码是 304。

协商缓存的实现,从 Last-Modified 到 Etag,Last-Modified 是一个时间戳，如果我们启用了协商缓存，它会在首次请求时随着 Response Headers 返回：

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Last-Modified: Fri, 27 Oct 2017 06:35:57 GMT
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随后我们每次请求时，会带上一个叫 If-Modified-Since 的时间戳字段，它的值正是上一次 response 返回给它的 last-modified 值：

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If-Modified-Since: Fri, 27 Oct 2017 06:35:57 GMT
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服务器接收到这个时间戳后，会比对该时间戳和资源在服务器上的最后修改时间是否一致，从而判断资源是否发生了变化。如果发生了变化，就会返回一个完整的响应内容，并在 Response Headers 中添加新的 Last-Modified 值；否则，返回如上图的 304 响应，Response Headers 不会再添加 Last-Modified 字段。

使用 Last-Modified 存在一些弊端，这其中最常见的就是这样两个场景：

  • 我们编辑了文件，但文件的内容没有改变。服务端并不清楚我们是否真正改变了文件，它仍然通过最后编辑时间进行判断。因此这个资源在再次被请求时，会被当做新资源，进而引发一次完整的响应——不该重新请求的时候，也会重新请求。
  • 当我们修改文件的速度过快时（比如花了 100ms 完成了改动），由于 If-Modified-Since 只能检查到以秒为最小计量单位的时间差，所以它是感知不到这个改动的——该重新请求的时候，反而没有重新请求了。

这两个场景其实指向了同一个 bug——服务器并没有正确感知文件的变化。为了解决这样的问题，Etag 作为 Last-Modified 的补充出现了。

Etag 是由服务器为每个资源生成的唯一的标识字符串，这个标识字符串可以是基于文件内容编码的，只要文件内容不同，它们对应的 Etag 就是不同的，反之亦然。因此 Etag 能够精准地感知文件的变化。

Etag 的生成过程需要服务器额外付出开销，会影响服务端的性能，这是它的弊端。因此启用 Etag 需要我们审时度势。正如我们刚刚所提到的——Etag 并不能替代 Last-Modified，它只能作为 Last-Modified 的补充和强化存在。

Etag 在感知文件变化上比 Last-Modified 更加准确，优先级也更高。当 Etag 和 Last-Modified 同时存在时，以 Etag 为准。

Service Worker Cache

Service Worker 是一种独立于主线程之外的 Javascript 线程。它脱离于浏览器窗体，因此无法直接访问 DOM。这样独立的个性使得 Service Worker 的“个人行为”无法干扰页面的性能，这个“幕后工作者”可以帮我们实现离线缓存、消息推送和网络代理等功能。我们借助 Service worker 实现的离线缓存就称为 Service Worker Cache。

Service Worker 的生命周期包括 install、active、working 三个阶段。一旦 Service Worker 被 install，它将始终存在，只会在 active 与 working 之间切换，除非我们主动终止它。这是它可以用来实现离线存储的重要先决条件.

Push Cache

Push Cache 是指 HTTP2 在 server push 阶段存在的缓存。这块的知识比较新，应用也还处于萌芽阶段，应用范围有限不代表不重要——HTTP2 是趋势、是未来。在它还未被推而广之的此时此刻，我仍希望大家能对 Push Cache 的关键特性有所了解：

  • Push Cache 是缓存的最后一道防线。浏览器只有在 Memory Cache、HTTP Cache 和 Service Worker Cache 均未命中的情况下才会去询问 Push Cache。
  • Push Cache 是一种存在于会话阶段的缓存，当 session 终止时，缓存也随之释放。
  • 不同的页面只要共享了同一个 HTTP2 连接，那么它们就可以共享同一个 Push Cache。

作者：winty
链接：https://juejin.cn/post/6844903962216824839
来源：稀土掘金
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