一个古老的面试问题：当你在浏览器中输入google.com并且按下回车之后发生了什么？

不过我们不再局限于平常的回答，而是想办法回答地尽可能具体，不遗漏任何细节。

回车键按下

为了从头开始，我们选择键盘上的回车键被按到最低处作为起点。在这个时刻，一个专用于回车键的电流回路被直接或者通过电容器闭合了，使得少量的电流进入了键盘的逻辑电路系统。这个系统会扫描每个键的状态，对于按键开关的电位弹跳变化进行噪音消除(debounce)，并将其转化为键盘码值。在这里，回车的码值是13。键盘控制器在得到码值之后，将其编码，用于之后的传输。现在这个传输过程几乎都是通过通用串行总线(USB)或者蓝牙(Bluetooth)来进行的，以前是通过PS/2或者ADB连接进行。

USB键盘：

虚拟键盘（触屏设备）：

产生中断[非USB键盘]

键盘在它的中断请求线(IRQ)上发送信号，信号会被中断控制器映射到一个中断向量，实际上就是一个整型数 。CPU使用中断描述符表(IDT)把中断向量映射到对应函数，这些函数被称为中断处理器，它们由操作系统内核提供。当一个中断到达时，CPU根据IDT和中断向量索引到对应的中端处理器，然后操作系统内核出场了。

(Windows)一个 WM_KEYDOWN 消息被发往应用程序

HID把键盘按下的事件传送给 KBDHID.sys 驱动，把HID的信号转换成一个扫描码(Scancode)，这里回车的扫描码是 VK_RETURN(0x0d)。 KBDHID.sys 驱动和 KBDCLASS.sys (键盘类驱动,keyboard class driver)进行交互，这个驱动负责安全地处理所有键盘和小键盘的输入事件。之后它又去调用 Win32K.sys ，在这之前有可能把消息传递给安装的第三方键盘过滤器。这些都是发生在内核模式。

Win32K.sys 通过 GetForegroundWindow() API函数找到当前哪个窗口是活跃的。这个API函数提供了当前浏览器的地址栏的句柄。Windows系统的"message pump"机制调用 SendMessage(hWnd, WM_KEYDOWN, VK_RETURN, lParam) 函数， lParam 是一个用来指示这个按键的更多信息的掩码，这些信息包括按键重复次数（这里是0），实际扫描码（可能依赖于OEM厂商，不过通常不会是 VK_RETURN ），功能键（alt, shift, ctrl）是否被按下（在这里没有），以及一些其他状态。

Windows的 SendMessage API直接将消息添加到特定窗口句柄 hWnd 的消息队列中，之后赋给 hWnd 的主要消息处理函数 WindowProc 将会被调用，用于处理队列中的消息。

当前活跃的句柄 hWnd 实际上是一个edit control控件，这种情况下，WindowProc 有一个用于处理 WM_KEYDOWN 消息的处理器，这段代码会查看 SendMessage 传入的第三个参数 wParam ，因为这个参数是 VK_RETURN ，于是它知道用户按下了回车键。

(Mac OS X)一个 KeyDown NSEvent被发往应用程序

中断信号引发了I/O Kit Kext键盘驱动的中断处理事件，驱动把信号翻译成键码值，然后传给OS X的 WindowServer 进程。然后， WindowServer 将这个事件通过Mach端口分发给合适的（活跃的，或者正在监听的）应用程序，这个信号会被放到应用程序的消息队列里。队列中的消息可以被拥有足够高权限的线程使用 mach_ipc_dispatch 函数读取到。这个过程通常是由 NSApplication 主事件循环产生并且处理的，通过 NSEventType 为 KeyDown 的 NSEvent 。

(GNU/Linux)Xorg 服务器监听键码值

当使用图形化的 X Server 时，X Server会按照特定的规则把键码值再一次映射，映射成扫描码。当这个映射过程完成之后， X Server 把这个按键字符发送给窗口管理器(DWM，metacity, i3等等)，窗口管理器再把字符发送给当前窗口。当前窗口使用有关图形API把文字打印在输入框内。

解析URL

浏览器通过URL能够知道下面的信息：

输入的是URL还是搜索的关键字？

当协议或主机名不合法时，浏览器会将地址栏中输入的文字传给默认的搜索引擎。大部分情况下，在把文字传递给搜索引擎的时候，URL会带有特定的一串字符，用来告诉搜索引擎这次搜索来自这个特定浏览器。

检查HSTS列表···

转换非ASCII的Unicode字符

DNS查询···

ARP

要想发送ARP广播，我们需要有一个目标IP地址，同时还需要知道用于发送ARP广播的接口的Mac地址。

如果缓存没有命中：

ARP Request: 

Sender MAC: interface:mac:address:here
Sender IP: interface.ip.goes.here
Target MAC: FF:FF:FF:FF:FF:FF (Broadcast)
Target IP: target.ip.goes.here

根据连接主机和路由器的硬件类型不同，可以分为以下几种情况：

直连：

集线器：

交换机：

ARP Reply: 

Sender MAC: target:mac:address:here
Sender IP: target.ip.goes.here
Target MAC: interface:mac:address:here
Target IP: interface.ip.goes.here

现在我们有了DNS服务器或者默认网关的IP地址，我们可以继续DNS请求了：

使用套接字

当浏览器得到了目标服务器的IP地址，以及URL中给出来端口号（http协议默认端口号是80， https默认端口号是443），它会调用系统库函数 socket ，请求一个 TCP流套接字，对应的参数是 AF_INET 和 SOCK_STREAM 。

到了现在，TCP封包已经准备好了，可是使用下面的方式进行传输：

对于大部分家庭网络和小型企业网络来说，封包会从本地计算机出发，经过本地网络，再通过调制解调器把数字信号转换成模拟信号，使其适于在电话线路，有线电视光缆和无线电话线路上传输。在传输线路的另一端，是另外一个调制解调器，它把模拟信号转换回数字信号，交由下一个 网络节点 处理。节点的目标地址和源地址将在后面讨论。

大型企业和比较新的住宅通常使用光纤或直接以太网连接，这种情况下信号一直是数字的，会被直接传到下一个 网络节点 进行处理。

最终封包会到达管理本地子网的路由器。在那里出发，它会继续经过自治区域的边界路由器，其他自治区域，最终到达目标服务器。一路上经过的这些路由器会从IP数据报头部里提取出目标地址，并将封包正确地路由到下一个目的地。IP数据报头部TTL域的值每经过一个路由器就减1，如果封包的TTL变为0，或者路由器由于网络拥堵等原因封包队列满了，那么这个包会被路由器丢弃。

上面的发送和接受过程在TCP连接期间会发生很多次：

UDP 数据包

TLS 握手

TCP 数据包

HTTP 协议···

如果浏览器是Google出品的，它不会使用HTTP协议来获取页面信息，而是会与服务器端发送请求，商讨使用SPDY协议。

如果浏览器使用HTTP协议，它会向服务器发送这样的一个请求: 

GET / HTTP/1.1
Host: google.com
[其他头部]

“其他头部”包含了一系列的由冒号分割开的键值对，它们的格式符合HTTP协议标准，它们之间由一个换行符分割开来。这里我们假设浏览器没有违反HTTP协议标准的bug，同时浏览器使用 HTTP/1.1 协议，不然的话头部可能不包含 Host 字段，同时 GET 请求中的版本号会变成 HTTP/1.0 或者 HTTP/0.9 。

HTTP/1.1 定义了“关闭连接”的选项 "close"，发送者使用这个选项指示这次连接在响应结束之后会断开: 

Connection:close

不支持持久连接的 HTTP/1.1 必须在每条消息中都包含 "close" 选项。

在发送完这些请求和头部之后，浏览器发送一个换行符，表示要发送的内容已经结束了。

服务器端返回一个响应码，指示这次请求的状态，响应的形式是这样的: 

200 OK
[response headers]

然后是一个换行，接下来有效载荷(payload)，也就是 www.google.com 的HTML内容。服务器下面可能会关闭连接，如果客户端请求保持连接的话，服务器端会保持连接打开，以供以后的请求重用。

如果浏览器发送的HTTP头部包含了足够多的信息（例如包含了 Etag 头部，以至于服务器可以判断出，浏览器缓存的文件版本自从上次获取之后没有再更改过，服务器可能会返回这样的响应: 

304 Not Modified
[response headers]

这个响应没有有效载荷，浏览器会从自己的缓存中取出想要的内容。

在解析完HTML之后，浏览器和客户端会重复上面的过程，直到HTML页面引入的所有资源（图片，CSS，favicon.ico等等）全部都获取完毕，区别只是头部的 GET / HTTP/1.1 会变成 GET /$(相对www.google.com的URL) HTTP/1.1 。

如果HTML引入了 www.google.com 域名之外的资源，浏览器会回到上面解析域名那一步，按照下面的步骤往下一步一步执行，请求中的 Host 头部会变成另外的域名。

HTTP服务器请求处理

HTTPD(HTTP Daemon)在服务器端处理请求/相应。最常见的 HTTPD 有 Linux 上常用的 Apache 和 nginx，与 Windows 上的 IIS。

浏览器背后的故事

当服务器提供了资源之后（HTML，CSS，JS，图片等），浏览器会执行下面的操作：

浏览器

浏览器的功能是从服务器上取回你想要的资源，然后展示在浏览器窗口当中。资源通常是 HTML 文件，也可能是 PDF，图片，或者其他类型的内容。资源的位置通过用户提供的 URI(Uniform Resource Identifier) 来确定。

浏览器解释和展示 HTML 文件的方法，在 HTML 和 CSS 的标准中有详细介绍。这些标准由 Web 标准组织 W3C(World Wide Web Consortium) 维护。

不同浏览器的用户界面大都十分接近，有很多共同的 UI 元素：

浏览器高层架构

组成浏览器的组件有：

HTML 解析

浏览器渲染引擎从网络层取得请求的文档，一般情况下文档会分成8kB大小的分块传输。

HTML解析器的主要工作是对HTML文档进行解析，生成解析树。

解析树是以DOM元素以及属性为节点的树。DOM是文档对象模型(Document Object Model)的缩写，它是HTML文档的对象表示，同时也是HTML元素面向外部(如Javascript)的接口。树的根部是"Document"对象。整个DOM和HTML文档几乎是一对一的关系。

解析算法

HTML不能使用常见的自顶向下或自底向上方法来进行分析。主要原因有以下几点:

由于不能使用常用的解析技术，浏览器创造了专门用于解析HTML的解析器。解析算法在 HTML5 标准规范中有详细介绍，算法主要包含了两个阶段：标记化（tokenization）和树的构建。

解析结束之后

浏览器开始加载网页的外部资源（CSS，图像，Javascript 文件等）。

此时浏览器把文档标记为“可交互的”，浏览器开始解析处于“推迟”模式的脚本，也就是那些需要在文档解析完毕之后再执行的脚本。之后文档的状态会变为“完成”，浏览器会进行“加载”事件。

注意解析 HTML 网页时永远不会出现“语法错误”，浏览器会修复所有错误，然后继续解析。

执行同步 Javascript 代码。

CSS 解析

页面渲染

GPU 渲染

Window Server

后期渲染与用户引发的处理

渲染结束后，浏览器根据某些时间机制运行JavaScript代码(比如Google Doodle动画)或与用户交互(在搜索栏输入关键字获得搜索建议)。类似Flash和Java的插件也会运行，尽管Google主页里没有。这些脚本可以触发网络请求，也可能改变网页的内容和布局，产生又一轮渲染与绘制。

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