面试官邪魅一笑:你猜一个 TCP 连接能发多少 HTTP 请求 ?

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一道经典的面试题是从 URL 在浏览器被被输入到页面展现的过程中发生了什么,大多数回答都是说请求响应之后 DOM 怎么被构建,被绘制出来。但是你有没有想过,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呢?

要搞懂这个问题,我们需要先解决下面五个问题:

  1. 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?
  2. 一个 TCP 连接可以对应几个 HTTP 请求?
  3. 一个 TCP 连接中 HTTP 请求发送可以一起发送么(比如一起发三个请求,再三个响应一起接收)?
  4. 为什么有的时候刷新页面不需要重新建立 SSL 连接?
  5. 浏览器对同一 Host 建立 TCP 连接到数量有没有限制?

先来谈谈第一个问题: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 链接。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 请求使用的 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,两张图片是我短时间内两次访问 github.com 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

第二个问题:一个 TCP 连接可以对应几个 HTTP 请求?

了解了第一个问题之后,其实这个问题已经有了答案,如果维持连接,一个 TCP 连接是可以发送多个 HTTP 请求的。

第三个问题:一个 TCP 连接中 HTTP 请求发送可以一起发送么(比如一起发三个请求,再三个响应一起接收)?

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:两个请求的生命周期不能重叠,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:

A client that supports persistent connections MAY "pipeline" its requests (i.e., send multiple requests without waiting for each response). A server MUST send its responses to those requests in the same order that the requests were received. 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=AGET /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:

  • 一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:

  1. 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。
  2. 和服务器建立多个 TCP 连接。

第四个问题: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。

第五个问题: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,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。

原文发布于微信公众号 - 程序猿杂货铺(zhoudl_l)

原文发表时间:2019-07-13

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