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一个 TCP 连接上面能发多少个 HTTP 请求

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一道经典的面试题: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?我们先解决下面的问题:

1 浏览器在与服务器建立了 TCP 连接后,是否会在 HTTP 请求完成后断开?

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。

在 HTTP/1.1 中,TCP 持久连接:既然维持 TCP 连接好处这么多, 就把 Connection 头写进标准,并且默认开启持久连接 Connection: keep-alive,除非请求中写明 Connection: close,那么浏览器和服务器之间是会维持一段时间的 TCP 连接,不会一个请求结束就断掉。

问题的答案:默认情况下建立 TCP 连接不会断开,只有在请求报头中声明 Connection: close 才会在请求完成后关闭连接。详细参考 Hypertext Transfer Protocol -- HTTP/1.1tools.ietf.org

2 一个 TCP 连接可以对应几个 HTTP 请求?

如果持续连接,一个 TCP 连接是可以发送多个 HTTP 请求的。

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)?

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。

Pipelining(管道):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。

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。

img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。

问题 3 的答案:

  • 在 HTTP/1.1 存在 Pipelining 技术可以完成这个多个请求同时发送,由于浏览器默认关闭,所以不可行。那浏览器是如何提高页面加载效率的呢?可以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(流水线发送,不是并行发送),或者和服务器建立多个 TCP 连接(服务器并行压力大)。

  • 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。

4 为什么有的时候刷新页面不需要重新建立 SSL 连接?

TCP 连接,有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。

5 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,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: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。

https://developers.google.com/web/tools/chrome-devtools/network/issues#queued-or-stalled-requestsdevelopers.google.com

6 综合:一个网页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?

新技术(HTTP 2 + SSL):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。如果使用 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。

旧技术(HTTP 1.1):如果发现用不了 HTTP2 ,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,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。

例题

如果一个网页中包括两张图片(处于同一台主机),那么需要多少个请求,需要多少时间?

在 HTTP 1.1 的协议中:先建立 TCP 连接,然后 请求 html 文件,再分别请求两个图片,一共 4 个 RTT(往返时间)。因为 TCP 已经建立,所以后续图片传输不需要每次都建立 TCP 连接。这里不考虑在一个 HOST 建立多个 TCP 的情况(计算机网络和考研的习题)。

参考链接

https://zhuanlan.zhihu.com/p/61423830

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Last update: November 9, 2024