浏览器是网络世界里至关重要的工具之一。下图是一个用户使用浏览器的基本用户场景：

浏览器是如何开发的 了解浏览器如何工作(1)

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但浏览器究竟是如何能够做到这些的呢？理解浏览器的工作流程和原理，所谓知其然而知其所以然，一定会对我们的工作有所裨益。

首先我们了解下常用的浏览器和浏览器的组成部分。

常用浏览器

常用的桌面浏览器有Chrome，Internet Explorer， Firefox，Safari, Opera。

常用的移动设备浏览器： Android浏览器，iPhone浏览器，Chrome，Opera Mini，Opera Mobile, UC浏览器等等。

浏览器组成

浏览器主要分成以下7部分：

浏览器是如何开发的 了解浏览器如何工作(2)

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1. UI – The User Interface

其实就是浏览器呈现给用户的所有用户接口。包括地址栏，前进/后退/刷新按钮，书签菜单，历史记录等等。

2. 浏览器引擎 – The Browser Engine

统领UI和渲染引擎，在他们之间传递数据和指令。

3. 渲染引擎 – The Rendering Engine

负责显示请求的内容， 可能是HTML，图片，PDF等，渲染引擎会对这些内容进行解析，然后将解析后的内容显示在浏览器窗口。

不同的浏览器使用不同的渲染引擎：

浏览器

渲染引擎（开发语言）

Chrome

Blink (c )

Opera

Blink (c )

Safari

WebKit (c )

FireFox

Gecko (c )

Edge

EdgeHTML (c )

IE

Trident (c )

WebKit是一个开源渲染引擎，其刚开始只是一个用于Linux平台的引擎，苹果公司对其进行了修改，使其可以用与macOS和Windows平台。

4. 网络 – Networking

用于网络调用（针对于平台无关的统一接口，在不同的平台上使用不同的底层实现），比如HTTP请求。

5. JavaScript解释器 – JavaScript Interpreter

准确的说，应该说是JavaScript引擎，JavaScript引擎是一个子系统，用于将JS代码解析成机器码然后执行。Google V8引擎是最流行的JavaScript引擎。而不同的浏览器使用的JavaScript引擎也不尽相同：

浏览器

脚本引擎（开发语言）

Chrome

Google V8 (c )

Opera

Google V8 (c )

Safari

JavaScript Core (nitro)

FireFox

SpiderMonkey (c/c )

Edge

Chakra JavaScript Engine (c )

IE

Chakra JScript Engine (c )

6. UI后端 – UI Backend

用于绘制基本小部件，比如组合框和窗口。UI后端会提供与平台无关的通用接口。其底层会使用操作系统的用户接口方法。

7. 数据存储 – Data Storage

这是数据持久层。浏览器需要保存各种各样的本地数据，比如cookies.浏览器也支持其它多种存储机制，比如localStorage,sessionStorage, AppCache, IndexedDB,WebSQL等。

那接下来我们来看看浏览器的工作流程。

浏览器工作流程1. 处理地址栏输入

需要指出的是：

【概念】：

2. DNS Lookup

DNS(Domain Name System)是域名系统， 可将域名解析成对应的IP地址，从而用户可以通过域名在英特网上访问特定Web 服务器提供的在线信息或服务。

当浏览器想要访问某个域名时，会首先检查缓存，如果缓存已经保存了对应的IP地址，那么DNS Lookup就不会发生；反之，下图的DNS Lookup流程会被触发：

浏览器是如何开发的 了解浏览器如何工作(3)

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第一步： 浏览器无法得知输入域名的IP地址，所以向DNS Resolver发起一个 DNS递归查询。这意味着DNS Resolver必须完成递归查询(recursive query)，并返回给查询发起者。对于大多数用户来说，DNS Resolver是由Internet服务供应商（ISP）提供，或者使用开源DNS，比如Google DNS（8.8.8.8）和OpenDNS（208.67.222.222）。当然也可以是本地域名服务器（Local DOMain Server）。

第二步：DNS Resolver本身并没有保存域名和IP地址的对应信息，所以向DNS根服务器（Root server）发起迭代查询（Iterative query），

第三步：DNS根服务器中保存了所有TLD Server的地址。DNS根服务器将与域名example.com 匹配的TLD Server(.com)的地址返回给DNS Resolver。TLD server也就是顶级域名服务器，可以是.com, .edu, .org, .net等。

第四步：DNS Resolver向.com TDL Server发起发起迭代查询。

第五步：TDL Server将example.com的Name server的IP地址返回给DNS Resolver。

第六步：DNS Resolver向example.com的Name server发起迭代查询。

第七步：Name server将example.com的IP地址返回给DNS Resolver。

第八步：DNS Resolver将example.com的IP地址返回给浏览器。

整个DNS查询过程可以看作： 我们委托朋友（DNS Resolver）帮助我们完成查询，而朋友通过递归查询各级目录，最终获得域名的IP地址，并返回给我们。其中，Root Server是根目录，查询根目录获取到次级目录com的位置；然后通过次级目录（也就是TDL Server），获取到最终目录项example.com的位置；最后从example.com（也就是Name server）获取到IP地址。

3. 建立TCP连接

当IP地址被确认后，浏览器会根据这个IP，通过TCP三次握手（TCP three-way handshake）的方式，和服务器建立连接。

所谓TCP三次握手：

第一次： 浏览器发送一个TCP 同步包（SYNchronize package）给服务器，等待确认。

第二次： 服务器收到SYN包，并返回一个同步确认包（SYNchronize-ACKnowledgement package）。

第三次： 浏览器收到服务器的SYN-ACK，向服务器发送一个确认包（ACKnowledgement package）。当服务器收到ACK后，TCP的socket连接就建立了。

如果要建立基于HTTPS的安全连接，那么TLS协商（TLS Negotiation）就会发生。浏览器和服务器需要更多次的握手。详情见下图：

浏览器是如何开发的 了解浏览器如何工作(4)

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4. 发送HTTP(S)请求

在TCP连接建立后，浏览器就会向相应的HTTP(S)服务器发送请求。

HTTP请求信息由3部分组成：

（1）请求首行(Request Line)

请求的第一行是“方法URI协议/版本”例如：GET /index.html HTTP/1.1

“GET”代表请求方法(Method)；

“/index.html”表示URI；

“HTTP/1.1”代表协议和协议的版本。

（2）请求头(Request Header)

请求头包含许多有关的客户端环境和请求正文的有用信息。例如，请求头可 以声明浏览器所用的语言，请求正文的长度等。例如：

Host: www.baidu.com

Connection: keep-alive

sec-ch-ua: "Google Chrome";v="105", "Not)A;Brand";v="8", "Chromium";v="105"

Accept: application/json, text/javascript, */*; q=0.01

sec-ch-ua-mobile: ?0

User-Agent: Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10_13_6) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/105.0.0.0 Safari/537.36

sec-ch-ua-platform: "macOS"

Sec-Fetch-Site: same-origin

Sec-Fetch-Mode: cors

Sec-Fetch-Dest: empty

Referer: https://www.baidu.com/

Accept-Encoding: gzip, deflate, br

Accept-Language: en

Cookie: BIDUPSID=49D61A297C62F47AD5C98B8CEDF00A05; PSTM=1615091511; __yjs_duid=1_20f12cca852c3dff005bbde1750e113f1622365350748;FG=1; BD_UPN=123253; MCITY=-233:;

（3）请求正文(Request Body)

请求头和请求正文之间是一个空行，这个行非常重要，它表示请求头已经结束，接下来的是请求正文。请求正文中可以包含客户提交的查询字符串信息：

username=test&password=test123

5. 服务器返回数据

当Web 服务器收到HTTP请求后，如果请求的页面在服务器中不存在，那么返回404错误；如果请求的页面已经被移至新的位置，那么301/302 redirect会被触发，那么浏览器需要重新以新的URI发出请求；如果服务器存在问题，无法返回数据，那么500（internal server error）会被返回；如果请求的页面存在，且符合访问规则，那么服务器就会返回请求的页面。

实际的情况，比我们提到的更多也更加复杂，我们就不一一赘述。如果想查看更多的HTTP状态码，可参考：https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_HTTP_status_codes

6. 浏览接收Response数据并关闭连接

浏览器接收到请求的数据后，TCL连接就会被关闭。关闭的过程就是四次挥手的过程：

第一次挥手：客户端发送一个FIN=M，用来关闭客户端到服务器端的数据传送，客户端进入FIN_WAIT_1状态。意思是说"我客户端没有数据要发给你了"，但是如果你服务器端还有数据没有发送完成，则不必急着关闭连接，可以继续发送数据。

第二次挥手：服务器端收到FIN后，先发送ack=M 1，告诉客户端，你的请求我收到了，但是我还没准备好，请继续你等我的消息。这个时候客户端就进入FIN_WAIT_2 状态，继续等待服务器端的FIN报文。

第三次挥手：当服务器端确定数据已发送完成，则向客户端发送FIN=N报文，告诉客户端，好了，我这边数据发完了，准备好关闭连接了。服务器端进入LAST_ACK状态。

第四次挥手：客户端收到FIN=N报文后，就知道可以关闭连接了，但是他还是不相信网络，怕服务器端不知道要关闭，所以发送ack=N 1后进入TIME_WAIT状态，如果Server端没有收到ACK则可以重传。服务器端收到ACK后，就知道可以断开连接了。客户端等待了2MSL后依然没有收到回复，则证明服务器端已正常关闭，那好，我客户端也可以关闭连接了。最终完成了四次握手。

可参考下图去理解整个过程：

浏览器是如何开发的 了解浏览器如何工作(5)

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7. 浏览器解析Response数据并渲染

浏览器接受到response数据后，就会开始解析，如下图所示（不同的浏览器解析和渲染过程可能会略有不同，此处以Safari为例）：

浏览器是如何开发的 了解浏览器如何工作(6)

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需要指出的是，一个网页可能需要多个HTTP请求，比如，主体的HTML文件是一个请求，而其相关的CSS，图片和JS文件等也需要一一请求。浏览器并不会等待所有的数据接收完成才开始解析，而只保证所有的数据最终都会被解析。

整个过程可描述为：

【概念】：

下图是基于Navigation-Timing的流程图，仅作进一步学习之用。详情可以参考：Navigation Timing

浏览器是如何开发的 了解浏览器如何工作(7)

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