精读《深入了解现代浏览器二》

黄子毅

发布于 2022-03-15 13:18:43

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发布于 2022-03-15 13:18:43

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Inside look at modern web browser 是介绍浏览器实现原理的系列文章，共 4 篇，本次精读介绍第二篇。

概述

本篇重点介绍了 浏览器路由跳转后发生了什么，下一篇会介绍浏览器的渲染进程是如何渲染网页的，环环相扣。

在上一篇介绍了，browser process 包含 UI thread、network thread 和 storage thread，当我们在浏览器菜单栏输入网址并敲击回车时，这套动作均由 browser process 的 UI thread 响应。

接下来，按照几种不同的路由跳转场景，分别介绍了内部流程。

普通的跳转

第一步，UI thread 响应输入，并判断是否为一个合法的网址，当然输入的也可能是个搜索协议，这就会导致分发到另外的服务处理。

第二步，如果第一步输入的是合法网址，则 UI thread 会通知 network thread 获取网页内容，network thread 会寻找合适的协议处理网络请求，一般会通过 DNS 协议寻址，通过 TLS 协议建立安全链接。如果服务器返回了比如 301 重定向信息，network thread 会通知 UI thread 这个信息，再启动一遍第二步。

第三步，读取响应内容，在这一步 network thread 会首先读取首部一些字节，即我们常说的响应头，其中包含 Content-Type 告知返回内容是什么。如果返回内容是 HTML，则 network thread 会将数据传送给 renderer process。这一步还会校验安全性，比如 CORB 或 cross-site 问题。

第四步，寻找 renderer process。一旦所有检查都完成，network thread 会通知 UI thread 已经准备好跳转了（注意此时并没有加载完所有数据，第三步只是检查了首字节），UI thread 会通知实力化 renderer process 进行渲染。为了提升性能，UI thread 在通知 network thread 的同时就会实力化一个 renderer process 等着，一旦 network thread 完毕后就可以立即进入渲染阶段，如果检查失败则丢弃提前实例化的 renderer process。

第五步，确认导航。第四步后，browser process 通过 IPC 向 renderer process 传送 stream（精读《web streams》）数据。此时导航会被确认，浏览器的各个状态（比如导航状态、前进后退历史）将会被修改，同时为了方便 tab 关闭后快速恢复，会话记录会被存储在硬盘。

额外步骤，加载完成。当 renderer process 加载完成后（具体做了什么下一篇会说明），会通知 browser process onLoad 事件，此时浏览器完成最终加载完毕状态，loading 圆圈也会消失，各类 onLoad 的回调触发。注意此时 js 可能会继续加载远程资源，但这都是加载状态完成后的事了。

跳转到别的网站

当你准备跳转到别的网站时，在执行普通跳转流程前，还会响应 beforeunload 事件，这个事件注册在 renderer process，所以 browser process 需要检查 renderer process 是否注册了这个响应。注册 beforeunload 无论如何都会拖慢关闭 tab 的速度，所以如无必要请勿注册。

如果跳转是 js 发出的，那么执行跳转就由 renderer process 触发，browser process 来执行，后续流程就是普通的跳转流程。要注意的是，当执行跳转时，会触发原网站 unload 等事件（网页生命周期），所以这个由旧的 renderer process 响应，而新网站会创建一个新的 renderer process 处理，当旧网页全部关闭时，才会销毁旧的 renderer process。

也就是说，即便只有一个 tab，在跳转时，也可能会在短时间内存在多个 renderer process。

Service Worker

Service Worker 可以在页面加载前执行一些逻辑，甚至改变网页内容，但浏览器仍然把 Service Worker 实现在了 renderer process 中。

当 Service Worker 被注册后，会被丢到一个作用域中，当 UI thread 执行时会检查这个作用域是否注册了 Service Worker，如果有，则 network thread 会创建一个 renderer process 执行 Service Worker（因为是 js 代码）。然后网络响应会被 Service Worker 接管。

但这样会慢一步，所以 UI thread 往往会在注册 Service Worker 的同时告诉 network thread 发送请求，这就是 Navigation Preload 机制。

本文介绍了网页跳转时发生的步骤，涉及 browser process、UI thread、network thread、renderer process 的协同。

精读

也许你会有疑问，为什么是 renderer process 而不是 renderer thread？因为相比 process（进程）相比 thread（线程），之间数据是被操作系统隔离的，为了网页间无法相互读取数据（mysite.com 读取你 baidu.com 正在输入的账号密码），浏览器必须为每个 tab 创建一个独立的进程，甚至每个 iframe 都必须是独立进程。

读完第二篇，应该能更深切的感受到模块间合理分工的重要性。

UI thread 处理浏览器 UI 的展现与用户交互，比如当前加载的状态变化，历史前进后退，浏览器地址栏的输入、校验与监听按下 Enter 等事件，但不会涉及诸如发送请求、解析网页内容、渲染等内容。

network thread 也仅处理网络相关的事情，它主要关心通信协议、安全协议，目标就是快速准确的找到网站服务器，并读取其内容。network thread 会读取内容头做一些前置判断，读取内容和 renderer process 做的事情是有一定重合的，但 network thread 读取内容头仅为了判断内容类型，以便交给渲染引擎还是下载管理器（比如一个 zip 文件），所以为了不让渲染引擎知道下载管理器的存在，读取内容头必须由 network thread 来做。

与 renderer process 的通信也是由 browser process 来做的，也就是 UI thread、network thread 一旦要创建或与 renderer process 通信，都会交由它们所在的 browser process 处理。

renderer process 仅处理渲染逻辑，它不关心是从哪来的，比如是网络请求过来的，还是 Service Worker 拦截后修改的，也不关心当前浏览器状态是什么，它只管按照约定的接口规范，在指定的节点抛出回调，而修改应用状态由其它关心的模块负责，比如 onLoad 回调触发后，browser process 处理浏览器的状态就是一个例子。

再比如 renderer process 里点击了一个新的跳转链接，这个事情发生在 renderer process，但会交给 browser process 处理，因为每个模块解耦的非常彻底，所以任何复杂工作都能找到一个能响应它的模块，而这个模块也只要处理这个复杂工作的一部分，其余部分交给其它模块就好了，这就是大型应用维护的秘诀。

所以在浏览器运行周期里，有着非常清晰的逻辑链路，这些模块必须事先规划设计好，很难想象这些模块分工是在开发中逐渐形成的。

最后提到加速优化，Chrome 惯用技巧就是，用资源换时间。即宁可浪费潜在资源，也要让事物尽可能的并发，这些从提前创建 renderer process、提前发起 network process 都能看出来。