当你在浏览器中输入网址(例如www.coder.com)并且敲了回车以后, 浏览器首先要做的事情就是获得coder.com的IP地址,具体的做法就是发送一个UDP的包给DNS服务器,DNS服务器会返回coder.com的IP, 这时候浏览器通常会把IP地址给缓存起来,这样下次访问就会加快。有了服务器的IP, 浏览器就要可以发起HTTP请求了,但是HTTP Request/Response必须在TCP这个“虚拟的连接”上来发送和接收。
想要建立“虚拟的”TCP连接,TCP邮差需要知道4个东西:(本机IP, 本机端口,服务器IP, 服务器端口),现在只知道了本机IP,服务器IP, 两个端口怎么办?本机端口很简单,操作系统可以给浏览器随机分配一个, 服务器端口更简单,用的是一个“众所周知”的端口,HTTP服务就是80, 我们直接告诉TCP邮差就行。
经过三次握手以后,客户端和服务器端的TCP连接就建立起来了! 终于可以发送HTTP请求了
一个HTTP GET请求经过千山万水,历经多个路由器的转发,终于到达服务器端(HTTP数据包可能被下层进行分片传输,略去不表)。
Web服务器需要着手处理了,它有三种方式来处理:
(1) 可以用一个线程来处理所有请求,同一时刻只能处理一个,这种结构易于实现,但是这样会造成严重的性能问题。
(2) 可以为每个请求分配一个进程/线程,但是当连接太多的时候,服务器端的进程/线程会耗费大量内存资源,进程/线程的切换也会让CPU不堪重负。
(3) 复用I/O的方式,很多Web服务器都采用了复用结构,例如通过epoll的方式监视所有的连接,当连接的状态发生变化(如有数据可读), 才用一个进程/线程对那个连接进行处理,处理完以后继续监视,等待下次状态变化。 用这种方式可以用少量的进程/线程应对成千上万的连接请求。
我们使用Nginx这个非常流行的Web服务器来继续下面的故事。
对于HTTP GET请求,Nginx利用epoll的方式给读取了出来, Nginx接下来要判断,这是个静态的请求还是个动态的请求啊?
如果是静态的请求(HTML文件,JavaScript文件,CSS文件,图片等),也许自己就能搞定了(当然依赖于Nginx配置,可能转发到别的缓存服务器去),读取本机硬盘上的相关文件,直接返回。
如果是动态的请求,需要后端服务器(如Tomcat)处理以后才能返回,那就需要向Tomcat转发,如果后端的Tomcat还不止一个,那就需要按照某种策略选取一个。
例如Ngnix支持这么几种:
1.轮询:按照次序挨个向后端服务器转发
2.权重:给每个后端服务器指定一个权重,相当于向后端服务器转发的几率。
3.ip_hash: 根据ip做一个hash操作,然后找个服务器转发,这样的话同一个客户端ip总是会转发 到同一个后端服务器。
4.fair:根据后端服务器的响应时间来分配请求,响应时间段的优先分配。
由此可见,Nginx在这种场景下,是一个代理人的角色。
Http Request终于来到了Tomcat,这是一个由Java写的、可以处理Servlet/JSP的容器,我们的代码就运行在这个容器之中。
如同Web服务器一样, Tomcat也可能为每个请求分配一个线程去处理,即通常所说的BIO模式(Blocking I/O 模式)。
也可能使用I/O多路复用技术,仅仅使用若干线程来处理所有请求,即NIO模式。
不管用哪种方式,Http Request 都会被交给某个Servlet处理,这个Servlet又会把Http Request做转换,变成框架所使用的参数格式,然后分发给某个Controller(如果你是在用Spring)或者Action(如果你是在Struts)。
剩下的故事就比较简单了(不,对码农来说,其实是最复杂的部分),就是执行码农经常写的增删改查逻辑,在这个过程中很有可能和缓存、数据库等后端组件打交道,最终返回HTTP Response,由于细节依赖业务逻辑,略去不表。
根据我们的例子,这个HTTP Response应该是一个HTML页面。
6归途
Tomcat很高兴地把Http Response发给了Ngnix 。
Ngnix也很高兴地把Http Response 发给了浏览器。
发完以后TCP连接能关闭吗?
如果使用的是HTTP1.1, 这个连接默认是keep-alive,也就是说不能关闭;
如果是HTTP1.0,要看看之前的HTTP Request Header中有没有Connetion:keep-alive,如果有,那也不能关闭。
7浏览器再次工作
浏览器收到了Http Response,从其中读取了HTML页面,开始准备显示这个页面。
但是这个HTML页面中可能引用了大量其他资源,例如js文件,CSS文件,图片等,这些资源也位于服务器端,并且可能位于另外一个域名下面,例如static.coder.com。
浏览器没有办法,只好一个个地下载,从使用DNS获取IP开始,之前做过的事情还要再来一遍。不同之处在于不会再有应用服务器如Tomcat的介入了。
如果需要下载的外部资源太多,浏览器会创建多个TCP连接,并行地去下载。
但是同一时间对同一域名下的请求数量也不能太多,要不然服务器访问量太大,受不了。所以浏览器要限制一下, 例如Chrome在Http1.1下只能并行地下载6个资源。
当服务器给浏览器发送JS,CSS这些文件时,会告诉浏览器这些文件什么时候过期(使用Cache-Control或者Expire),浏览器可以把文件缓存到本地,当第二次请求同样的文件时,如果不过期,直接从本地取就可以了。
如果过期了,浏览器就可以询问服务器端,文件有没有修改过?(依据是上一次服务器发送的Last-Modified和ETag),如果没有修改过(304 Not Modified),还可以使用缓存。否则的话服务器就会被最新的文件发回到浏览器。
当然如果你按了Ctrl+F5,会强制地发出GET请求,完全无视缓存。
注:在Chrome下,可以通过 chrome://view-http-cache/ 命令来查看缓存。
现在浏览器得到了三个重要的东西:
1.HTML ,浏览器把它变成DOM Tree
2. CSS, 浏览器把它变成CSS Rule Tree
3. JavaScript, 它可以修改DOM Tree
浏览器会通过DOM Tree和CSS Rule Tree生成所谓“Render Tree”,计算每个元素的位置/大小,进行布局,然后调用操作系统的API进行绘制,这是一个非常复杂的过程,略去不表。
到目前为止,我们终于在浏览器中看到了www.coder.com的内容。