07-性能优化

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一、HTTP协议

1. GET和POST的请求的区别

Post 和 Get 是 HTTP 请求的两种方法，其区别如下：

（幂等是指一个请来访法机行名次和仅执行一次的效果完全相同）

  • **应用场景：**GET 请求是一个幂等的请求，一般 Get 请求用于对服务器资源不会产生影响的场景，比如说请求一个网页的资源。而 Post 不是一个幂等的请求，一般用于对服务器资源会产生影响的情景，比如注册用户这一类的操作。
  • **是否缓存：**因为两者应用场景不同，浏览器一般会对 Get 请求缓存，但很少对 Post 请求缓存。
  • **发送的报文格式：**Get 请求的报文中实体部分为空，Post 请求的报文中实体部分一般为向服务器发送的数据。
  • **安全性：**Get 请求可以将请求的参数放入 url 中向服务器发送，这样的做法相对于 Post 请求来说是不太安全的，因为请求的 url 会被保留在历史记录中。
  • **请求长度：**浏览器由于对 url 长度的限制，所以会影响 get 请求发送数据时的长度。这个限制是浏览器规定的，并不是 RFC 规定的。
  • **参数类型：**post 的参数传递支持更多的数据类型。

2. POST和PUT请求的区别

  • PUT请求是向服务器端发送数据，从而修改数据的内容，但是不会增加数据的种类等，也就是说无论进行多少次PUT操作，其结果并没有不同。（可以理解为是更新数据）
  • POST请求是向服务器端发送数据，该请求会改变数据的种类等资源，它会创建新的内容。（可以理解为是创建数据）

3. 常见的HTTP请求头和响应头（重要）

HTTP Request Header 常见的请求头：

  • Accept:浏览器能够处理的内容类型
  • Accept-Charset:浏览器能够显示的字符集
  • Accept-Encoding：浏览器能够处理的压缩编码
  • Accept-Language：浏览器当前设置的语言
  • Connection：浏览器与服务器之间连接的类型
  • Cookie：当前页面设置的任何Cookie
  • Host：发出请求的页面所在的域
  • Referer：发出请求的页面的URL
  • User-Agent：浏览器的用户代理字符串

HTTP Responses Header 常见的响应头：

  • Date：表示消息发送的时间，时间的描述格式由rfc822定义
  • server:服务器名称
  • Connection：浏览器与服务器之间连接的类型
  • Cache-Control：控制HTTP缓存
  • content-type:表示后面的文档属于什么MIME类型

常见的 Content-Type 属性值有以下四种： （1）application/x-www-form-urlencoded：浏览器的原生 form 表单，如果不设置 enctype 属性，那么最终就会以 application/x-www-form-urlencoded 方式提交数据。该种方式提交的数据放在 body 里面，数据按照 key1=val1&key2=val2 的方式进行编码，key 和 val 都进行了 URL转码。 （2）multipart/form-data：该种方式也是一个常见的 POST 提交方式，通常表单上传文件时使用该种方式。 （3）application/json：服务器消息主体是序列化后的 JSON 字符串。 （4）text/xml：该种方式主要用来提交 XML 格式的数据。

5. 常见的HTTP请求方法

  • GET: 向服务器获取数据；
  • POST：将实体提交到指定的资源，通常会造成服务器资源的修改；
  • PUT：上传文件，更新数据；
  • DELETE：删除服务器上的对象；
  • HEAD：获取报文首部，与GET相比，不返回报文主体部分；
  • OPTIONS：询问支持的请求方法，用来跨域请求；
  • CONNECT：要求在与代理服务器通信时建立隧道，使用隧道进行TCP通信；
  • TRACE: 回显服务器收到的请求，主要⽤于测试或诊断。

6. OPTIONS请求方法及使用场景（重要）

OPTIONS是除了GET和POST之外的其中一种 HTTP请求方法。 OPTIONS方法是用于请求获得由Request-URI标识的资源在请求/响应的通信过程中可以使用的功能选项。通过这个方法，客户端可以在采取具体资源请求之前，决定对该资源采取何种必要措施，或者了解服务器的性能。该请求方法的响应不能缓存。

OPTIONS请求方法的主要用途有两个：

  • 获取服务器支持的所有HTTP请求方法；
  • 用来检查访问权限。例如：在进行 CORS 跨域资源共享时，对于复杂请求，就是使用 OPTIONS 方法发送嗅探请求，以判断是否有对指定资源的访问权限。

介绍下 http1.0、http1.1、http2.0 协议的区别？

首先说 http1.0 它的特点是每次请求和响应完毕后都会销毁 TCP 连接，同时规定前一个响应完成后才能发送下一个请求。这样做有两个问题： 无法复用连接 每次请求都要创建新的 TCP 连接，完成三次握手和四次挥手，网络利用率低 队头阻塞 如果前一个请求被某种原因阻塞了，会导致后续请求无法发送。 然后是 http1.1 http1.1是 http1.0 的改进版，它做出了以下改进： 长连接 http1.1 允许在请求时增加请求头connection:keep-alive，这样便允许后续的客户端请求在一段时间内复用之前的 TCP 连接 管道化 基于长连接的基础，管道化可以不等第一个请求响应继续发送后面的请求，但响应的顺序还是按照请求的顺序返回。 缓存处理 新增响应头 cache-control，用于实现客户端缓存。 断点传输 在上传/下载资源时，如果资源过大，将其分割为多个部分，分别上传/下载，如果遇到网络故障，可以从已经上传/下载好的地方继续请求，不用从头开始，提高效率

最后是 http2.0 http2.0进一步优化了传输效率，它主要有以下改进： 二进制分帧 将传输的消息分为更小的二进制帧，每帧有自己的标识序号，即便被随意打乱也能在另一端正确组装 多路复用 基于二进制分帧，在同一域名下所有访问都是从同一个 tcp 连接中走，并且不再有队头阻塞问题，也无须遵守响应顺序 头部压缩 http2.0 通过字典的形式，将头部中的常见信息替换为更少的字符，极大的减少了头部的数据量，从而实现更小的传输量 服务器推送 http2.0 允许服务器直接推送消息给客户端，无须客户端明确的请求

为什么 HTTP1.1 不能实现多路复用（腾讯）

HTTP/1.1 不是二进制传输，而是通过文本进行传输。由于没有流的概念，在使用并行传输（多路复用）传递数据时，接收端在接收到响应后，并不能区分多个响应分别对应的请求，所以无法将多个响应的结果重新进行组装，也就实现不了多路复用。

简单讲解一下 http2 的多路复用（网易）

在 HTTP/2 中，有两个非常重要的概念，分别是帧（frame）和流（stream）。 帧代表着最小的数据单位，每个帧会标识出该帧属于哪个流，流也就是多个帧组成的数据流。 多路复用，就是在一个 TCP 连接中可以存在多条流。换句话说，也就是可以发送多个请求，对端可以通过帧中的标识知道属于哪个请求。通过这个技术，可以避免 HTTP 旧版本中的队头阻塞问题，极大的提高传输性能。

8. HTTP 1.1 和 HTTP 2.0 的区别

  • 二进制协议：HTTP/2 是一个二进制协议。在 HTTP/1.1 版中，报文的头信息必须是文本（ASCII 编码），数据体可以是文本，也可以是二进制。HTTP/2 则是一个彻底的二进制协议，头信息和数据体都是二进制，并且统称为"帧"，可以分为头信息帧和数据帧。 帧的概念是它实现多路复用的基础。
  • **多路复用：**HTTP/2 实现了多路复用，HTTP/2 仍然复用 TCP 连接，但是在一个连接里，客户端和服务器都可以同时发送多个请求或回应，而且不用按照顺序一一发送，这样就避免了"队头堵塞"【1】的问题。
  • **数据流：**HTTP/2 使用了数据流的概念，因为 HTTP/2 的数据包是不按顺序发送的，同一个连接里面连续的数据包，可能属于不同的请求。因此，必须要对数据包做标记，指出它属于哪个请求。HTTP/2 将每个请求或回应的所有数据包，称为一个数据流。每个数据流都有一个独一无二的编号。数据包发送时，都必须标记数据流 ID ，用来区分它属于哪个数据流。
  • **头信息压缩：**HTTP/2 实现了头信息压缩，由于 HTTP 1.1 协议不带状态，每次请求都必须附上所有信息。所以，请求的很多字段都是重复的，比如 Cookie 和 User Agent ，一模一样的内容，每次请求都必须附带，这会浪费很多带宽，也影响速度。HTTP/2 对这一点做了优化，引入了头信息压缩机制。一方面，头信息使用 gzip 或 compress 压缩后再发送；另一方面，客户端和服务器同时维护一张头信息表，所有字段都会存入这个表，生成一个索引号，以后就不发送同样字段了，只发送索引号，这样就能提高速度了。
  • **服务器推送：**HTTP/2 允许服务器未经请求，主动向客户端发送资源，这叫做服务器推送。使用服务器推送提前给客户端推送必要的资源，这样就可以相对减少一些延迟时间。这里需要注意的是 http2 下服务器主动推送的是静态资源，和 WebSocket 以及使用 SSE 等方式向客户端发送即时数据的推送是不同的。

【1】队头堵塞：

队头阻塞是由 HTTP 基本的“请求 - 应答”模型所导致的。HTTP 规定报文必须是“一发一收”，这就形成了一个先进先出的“串行”队列。队列里的请求是没有优先级的，只有入队的先后顺序，排在最前面的请求会被最优先处理。如果队首的请求因为处理的太慢耽误了时间，那么队列里后面的所有请求也不得不跟着一起等待，结果就是其他的请求承担了不应有的时间成本，造成了队头堵塞的现象。

9. HTTP和HTTPS协议的区别

HTTP和HTTPS协议的主要区别如下：

  • HTTPS协议需要CA证书，费用较高；而HTTP协议不需要；
  • HTTP协议是超文本传输协议，信息是明文传输的，HTTPS则是具有安全性的SSL加密传输协议；
  • 使用不同的连接方式，端口也不同，HTTP协议端口是80，HTTPS协议端口是443；
  • HTTP协议连接很简单，是无状态的；HTTPS协议是有SSL和HTTP协议构建的可进行加密传输、身份认证的网络协议，比HTTP更加安全。

11. 当在浏览器中输入 Google.com并且按下回车之后发生了什么？

（1）**解析URL：**首先会对 URL 进行解析，分析所需要使用的传输协议和请求的资源的路径。如果输入的 URL 中的协议或者主机名不合法，将会把地址栏中输入的内容传递给搜索引擎。如果没有问题，浏览器会检查 URL 中是否出现了非法字符，如果存在非法字符，则对非法字符进行转义后再进行下一过程。

（2）**缓存判断：**浏览器会判断所请求的资源是否在缓存里，如果请求的资源在缓存里并且没有失效，那么就直接使用，否则向服务器发起新的请求。

（3）**DNS解析：**下一步首先需要获取的是输入的 URL 中的域名的 IP 地址，首先会判断本地是否有该域名的 IP 地址的缓存，如果有则使用，如果没有则向本地 DNS 服务器发起请求。本地 DNS 服务器也会先检查是否存在缓存，如果没有就会先向根域名服务器发起请求，获得负责的顶级域名服务器的地址后，再向顶级域名服务器请求，然后获得负责的权威域名服务器的地址后，再向权威域名服务器发起请求，最终获得域名的 IP 地址后，本地 DNS 服务器再将这个 IP 地址返回给请求的用户。用户向本地 DNS 服务器发起请求属于递归请求，本地 DNS 服务器向各级域名服务器发起请求属于迭代请求。

（5）**TCP三次握手：**下面是 TCP 建立连接的三次握手的过程，首先客户端向服务器发送一个 SYN 连接请求报文段和一个随机序号，服务端接收到请求后向客户端发送一个 SYN ACK报文段，确认连接请求，并且也向客户端发送一个随机序号。客户端接收服务器的确认应答后，进入连接建立的状态，同时向服务器也发送一个ACK 确认报文段，服务器端接收到确认后，也进入连接建立状态，此时双方的连接就建立起来了。

（7）**返回数据：**当页面请求发送到服务器端后，服务器端会返回一个 html 文件作为响应，浏览器接收到响应后，开始对 html 文件进行解析，开始页面的渲染过程。

（8）**页面渲染：**浏览器首先会根据 html 文件构建 DOM 树，根据解析到的 css 文件构建 CSSOM 树，如果遇到 script 标签，则判端是否含有 defer 或者 async 属性，要不然 script 的加载和执行会造成页面的渲染的阻塞。当 DOM 树和 CSSOM 树建立好后，根据它们来构建渲染树。渲染树构建好后，会根据渲染树来进行布局。布局完成后，最后使用浏览器的 UI 接口对页面进行绘制。这个时候整个页面就显示出来了。

（9）**TCP四次挥手：**最后一步是 TCP 断开连接的四次挥手过程。若客户端认为数据发送完成，则它需要向服务端发送连接释放请求。服务端收到连接释放请求后，会告诉应用层要释放 TCP 链接。然后会发送 ACK 包，并进入 CLOSE_WAIT 状态，此时表明客户端到服务端的连接已经释放，不再接收客户端发的数据了。但是因为 TCP 连接是双向的，所以服务端仍旧可以发送数据给客户端。服务端如果此时还有没发完的数据会继续发送，完毕后会向客户端发送连接释放请求，然后服务端便进入 LAST-ACK 状态。客户端收到释放请求后，向服务端发送确认应答，此时客户端进入 TIME-WAIT 状态。该状态会持续 2MSL（最大段生存期，指报文段在网络中生存的时间，超时会被抛弃） 时间，若该时间段内没有服务端的重发请求的话，就进入 CLOSED 状态。当服务端收到确认应答后，也便进入 CLOSED 状态。

15. HTTP请求报文的是什么样的？

请求报⽂有4部分组成:

  • 请求⾏
  • 请求头部
  • 空⾏
  • 请求体

image.png

其中：

（1）请求⾏包括：请求⽅法字段、URL字段、HTTP协议版本字段。它们⽤空格分隔。例如，GET /index.html HTTP/1.1。

（2）请求头部:请求头部由关键字/值对组成，每⾏⼀对，关键字和值⽤英⽂冒号“:”分隔

  • User-Agent：产⽣请求的浏览器类型。
  • Accept：客户端可识别的内容类型列表。
  • Host：请求的主机名，允许多个域名同处⼀个IP地址，即虚拟主机。

（3）请求体: post put等请求携带的数据

image.png

16. HTTP响应报文的是什么样的？

响应报⽂有4部分组成:

  • 响应⾏
  • 响应头
  • 空⾏
  • 响应体

image.png

  • 响应⾏：由网络协议版本，状态码和状态码的原因短语组成，例如 HTTP/1.1 200 OK 。
  • 响应头：响应部⾸组成
  • 响应体：服务器响应的数据

17. HTTP协议的优点和缺点

HTTP 是超文本传输协议，它定义了客户端和服务器之间交换报文的格式和方式，默认使用 80 端口。它使用 TCP 作为传输层协议，保证了数据传输的可靠性。 HTTP协议具有以下优点：

  • 支持客户端/服务器模式
  • 简单快速：客户向服务器请求服务时，只需传送请求方法和路径。由于 HTTP 协议简单，使得 HTTP 服务器的程序规模小，因而通信速度很快。
  • 无连接：无连接就是限制每次连接只处理一个请求。服务器处理完客户的请求，并收到客户的应答后，即断开连接，采用这种方式可以节省传输时间。
  • 无状态：HTTP 协议是无状态协议，这里的状态是指通信过程的上下文信息。缺少状态意味着如果后续处理需要前面的信息，则它必须重传，这样可能会导致每次连接传送的数据量增大。另一方面，在服务器不需要先前信息时它的应答就比较快。
  • 灵活：HTTP 允许传输任意类型的数据对象。正在传输的类型由 Content-Type 加以标记。 HTTP协议具有以下缺点：
  • **无状态：**HTTP 是一个无状态的协议，HTTP 服务器不会保存关于客户的任何信息。
  • **明文传输：**协议中的报文使用的是文本形式，这就直接暴露给外界，不安全。
  • 不安全

（1）通信使用明文（不加密），内容可能会被窃听； （2）不验证通信方的身份，因此有可能遭遇伪装； （3）无法证明报文的完整性，所以有可能已遭篡改；

18. 说一下HTTP 3.0 ---了解即可

HTTP/3基于UDP协议实现了类似于TCP的多路复用数据流、传输可靠性等功能，这套功能被称为QUIC协议。

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  1. 流量控制、传输可靠性功能：QUIC在UDP的基础上增加了一层来保证数据传输可靠性，它提供了数据包重传、拥塞控制、以及其他一些TCP中的特性。
  2. 集成TLS加密功能：目前QUIC使用TLS1.3，减少了握手所花费的RTT数。
  3. 多路复用：同一物理连接上可以有多个独立的逻辑数据流，实现了数据流的单独传输，解决了TCP的队头阻塞问题。

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  1. 快速握手：由于基于UDP，可以实现使用0 ~ 1个RTT来建立连接。

21. 与缓存相关的HTTP请求头有哪些

强缓存：

  • Expires
  • Cache-Control 协商缓存：
  • Etag、If-None-Match
  • Last-Modified、If-Modified-Since

三、HTTP状态码

（1）2XX 成功

  • 200 OK，表示从客户端发来的请求在服务器端被正确处理
  • 204 No content，表示请求成功，但响应报文不含实体的主体部分
  • 205 Reset Content，表示请求成功，但响应报文不含实体的主体部分，但是与 204 响应不同在于要求请求方重置内容
  • 206 Partial Content，进行范围请求 （2）3XX 重定向
  • 301 moved permanently，永久性重定向，表示资源已被分配了新的 URL
  • 302 found，临时性重定向，表示资源临时被分配了新的 URL
  • 303 see other，表示资源存在着另一个 URL，应使用 GET 方法获取资源
  • 304 not modified，表示服务器允许访问资源，但因发生请求未满足条件的情况
  • 307 temporary redirect，临时重定向，和302含义类似，但是期望客户端保持请求方法不变向新的地址发出请求 （3）4XX 客户端错误
  • 400 bad request，请求报文存在语法错误
  • 401 unauthorized，表示发送的请求需要有通过 HTTP 认证的认证信息
  • 403 forbidden，表示对请求资源的访问被服务器拒绝
  • 404 not found，表示在服务器上没有找到请求的资源 （4）5XX 服务器错误
  • 500 internal sever error，表示服务器端在执行请求时发生了错误
  • 501 Not Implemented，表示服务器不支持当前请求所需要的某个功能
  • 503 service unavailable，表明服务器暂时处于超负载或正在停机维护，无法处理请求

四、DNS协议介绍---了解即可

1. DNS 协议是什么

概念： DNS 是域名系统 (Domain Name System) 的缩写，提供的是一种主机名到 IP 地址的转换服务，就是我们常说的域名系统。它是一个由分层的 DNS 服务器组成的分布式数据库，是定义了主机如何查询这个分布式数据库的方式的应用层协议。能够使人更方便的访问互联网，而不用去记住能够被机器直接读取的IP数串。 作用： 将域名解析为IP地址，客户端向DNS服务器（DNS服务器有自己的IP地址）发送域名查询请求，DNS服务器告知客户机Web服务器的 IP 地址。

2. DNS域名解析

www.bilibili.com/video/BV1Ze… image

六、TCP与UDP---了解即可

1. TCP 和 UDP的概念及特点

TCP 和 UDP都是传输层协议，他们都属于TCP/IP协议族： （1）UDP UDP的全称是用户数据报协议，在网络中它与TCP协议一样用于处理数据包，是一种无连接的协议。在OSI模型中，在传输层，处于IP协议的上一层。UDP有不提供数据包分组、组装和不能对数据包进行排序的缺点，也就是说，当报文发送之后，是无法得知其是否安全完整到达的。 它的特点如下： 1）面向无连接 首先 UDP 是不需要和 TCP一样在发送数据前进行三次握手建立连接的，想发数据就可以开始发送了。并且也只是数据报文的搬运工，不会对数据报文进行任何拆分和拼接操作。 具体来说就是：

  • 在发送端，应用层将数据传递给传输层的 UDP 协议，UDP 只会给数据增加一个 UDP 头标识下是 UDP 协议，然后就传递给网络层了
  • 在接收端，网络层将数据传递给传输层，UDP 只去除 IP 报文头就传递给应用层，不会任何拼接操作 2）有单播，多播，广播的功能 UDP 不止支持一对一的传输方式，同样支持一对多，多对多，多对一的方式，也就是说 UDP 提供了单播，多播，广播的功能。 3）面向报文 发送方的UDP对应用程序交下来的报文，在添加首部后就向下交付IP层。UDP对应用层交下来的报文，既不合并，也不拆分，而是保留这些报文的边界。因此，应用程序必须选择合适大小的报文 4）不可靠性 首先不可靠性体现在无连接上，通信都不需要建立连接，想发就发，这样的情况肯定不可靠。 并且收到什么数据就传递什么数据，并且也不会备份数据，发送数据也不会关心对方是否已经正确接收到数据了。 再者网络环境时好时坏，但是 UDP 因为没有拥塞控制，一直会以恒定的速度发送数据。即使网络条件不好，也不会对发送速率进行调整。这样实现的弊端就是在网络条件不好的情况下可能会导致丢包，但是优点也很明显，在某些实时性要求高的场景（比如电话会议）就需要使用 UDP 而不是 TCP。 5）头部开销小，传输数据报文时是很高效的。 image

UDP 头部包含了以下几个数据：

  • 两个十六位的端口号，分别为源端口（可选字段）和目标端口
  • 整个数据报文的长度
  • 整个数据报文的检验和（IPv4 可选字段），该字段用于发现头部信息和数据中的错误 因此 UDP 的头部开销小，只有8字节，相比 TCP 的至少20字节要少得多，在传输数据报文时是很高效的。 （2）TCP TCP的全称是传输控制协议是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。TCP 是面向连接的、可靠的流协议（流就是指不间断的数据结构）。 它有以下几个特点： 1）面向连接 面向连接，是指发送数据之前必须在两端建立连接。建立连接的方法是“三次握手”，这样能建立可靠的连接。建立连接，是为数据的可靠传输打下了基础。 2）仅支持单播传输 每条TCP传输连接只能有两个端点，只能进行点对点的数据传输，不支持多播和广播传输方式。 3）面向字节流 TCP不像UDP一样那样一个个报文独立地传输，而是在不保留报文边界的情况下以字节流方式进行传输。 4）可靠传输 对于可靠传输，判断丢包、误码靠的是TCP的段编号以及确认号。TCP为了保证报文传输的可靠，就给每个包一个序号，同时序号也保证了传送到接收端实体的包的按序接收。然后接收端实体对已成功收到的字节发回一个相应的确认(ACK)；如果发送端实体在合理的往返时延(RTT)内未收到确认，那么对应的数据（假设丢失了）将会被重传。 5）提供拥塞控制 当网络出现拥塞的时候，TCP能够减小向网络注入数据的速率和数量，缓解拥塞。 6）提供全双工通信 TCP允许通信双方的应用程序在任何时候都能发送数据，因为TCP连接的两端都设有缓存，用来临时存放双向通信的数据。当然，TCP可以立即发送一个数据段，也可以缓存一段时间以便一次发送更多的数据段（最大的数据段大小取决于MSS）

2. TCP和UDP的区别

UDPTCP
是否连接无连接面向连接
是否可靠不可靠传输，不使用流量控制和拥塞控制可靠传输（数据顺序和正确性），使用流量控制和拥塞控制
连接对象个数支持一对一，一对多，多对一和多对多交互通信只能是一对一通信
传输方式面向报文面向字节流
首部开销首部开销小，仅8字节首部最小20字节，最大60字节
适用场景适用于实时应用，例如视频会议、直播适用于要求可靠传输的应用，例如文件传输

3. TCP和UDP的使用场景

  • TCP应用场景： 效率要求相对低，但对准确性要求相对高的场景。因为传输中需要对数据确认、重发、排序等操作，相比之下效率没有UDP高。例如：文件传输（准确高要求高、但是速度可以相对慢）、接受邮件、远程登录。
  • UDP应用场景： 效率要求相对高，对准确性要求相对低的场景。例如：QQ聊天、在线视频、网络语音电话（即时通讯，速度要求高，但是出现偶尔断续不是太大问题，并且此处完全不可以使用重发机制）、广播通信（广播、多播）。

9. TCP的三次握手和四次挥手

（1）三次握手

image 三次握手（Three-way Handshake）其实就是指建立一个TCP连接时，需要客户端和服务器总共发送3个包。进行三次握手的主要作用就是为了确认双方的接收能力和发送能力是否正常、指定自己的初始化序列号为后面的可靠性传送做准备。实质上其实就是连接服务器指定端口，建立TCP连接，并同步连接双方的序列号和确认号，交换TCP窗口大小信息。 刚开始客户端处于 Closed 的状态，服务端处于 Listen 状态。

  • 第一次握手：客户端给服务端发一个 SYN 报文，并指明客户端的初始化序列号 ISN，此时客户端处于 SYN_SEND 状态。

首部的同步位SYN=1，初始序号seq=x，SYN=1的报文段不能携带数据，但要消耗掉一个序号。

  • 第二次握手：服务器收到客户端的 SYN 报文之后，会以自己的 SYN 报文作为应答，并且也是指定了自己的初始化序列号 ISN。同时会把客户端的 ISN + 1 作为ACK 的值，表示自己已经收到了客户端的 SYN，此时服务器处于 SYN_REVD 的状态

在确认报文段中SYN=1，ACK=1，确认号ack=x+1，初始序号seq=y

  • 第三次握手：客户端收到 SYN 报文之后，会发送一个 ACK 报文，当然，也是一样把服务器的 ISN + 1 作为 ACK 的值，表示已经收到了服务端的 SYN 报文，此时客户端处于 ESTABLISHED 状态。服务器收到 ACK 报文之后，也处于 ESTABLISHED 状态，此时，双方已建立起了连接。

确认报文段ACK=1，确认号ack=y+1，序号seq=x+1（初始为seq=x，第二个报文段所以要+1），ACK报文段可以携带数据，不携带数据则不消耗序号。 那为什么要三次握手呢？两次不行吗？

  • 为了确认双方的接收能力和发送能力都正常
  • 如果是用两次握手，则会出现下面这种情况：

如客户端发出连接请求，但因连接请求报文丢失而未收到确认，于是客户端再重传一次连接请求。后来收到了确认，建立了连接。数据传输完毕后，就释放了连接，客户端共发出了两个连接请求报文段，其中第一个丢失，第二个到达了服务端，但是第一个丢失的报文段只是在某些网络结点长时间滞留了，延误到连接释放以后的某个时间才到达服务端，此时服务端误认为客户端又发出一次新的连接请求，于是就向客户端发出确认报文段，同意建立连接，不采用三次握手，只要服务端发出确认，就建立新的连接了，此时客户端忽略服务端发来的确认，也不发送数据，则服务端一致等待客户端发送数据，浪费资源。 简单来说就是以下三步：

  • **第一次握手：**客户端向服务端发送连接请求报文段。该报文段中包含自身的数据通讯初始序号。请求发送后，客户端便进入 SYN-SENT 状态。
  • **第二次握手：**服务端收到连接请求报文段后，如果同意连接，则会发送一个应答，该应答中也会包含自身的数据通讯初始序号，发送完成后便进入 SYN-RECEIVED 状态。
  • **第三次握手：**当客户端收到连接同意的应答后，还要向服务端发送一个确认报文。客户端发完这个报文段后便进入 ESTABLISHED 状态，服务端收到这个应答后也进入 ESTABLISHED 状态，此时连接建立成功。

TCP 三次握手的建立连接的过程就是相互确认初始序号的过程，告诉对方，什么样序号的报文段能够被正确接收。 第三次握手的作用是客户端对服务器端的初始序号的确认。如果只使用两次握手，那么服务器就没有办法知道自己的序号是否 已被确认。同时这样也是为了防止失效的请求报文段被服务器接收，而出现错误的情况。

（2）四次挥手

image

刚开始双方都处于 ESTABLISHED 状态，假如是客户端先发起关闭请求。四次挥手的过程如下：

  • 第一次挥手： 客户端会发送一个 FIN 报文，报文中会指定一个序列号。此时客户端处于 FIN_WAIT1 状态。

即发出连接释放报文段（FIN=1，序号seq=u），并停止再发送数据，主动关闭TCP连接，进入FIN_WAIT1（终止等待1）状态，等待服务端的确认。

  • 第二次挥手：服务端收到 FIN 之后，会发送 ACK 报文，且把客户端的序列号值 +1 作为 ACK 报文的序列号值，表明已经收到客户端的报文了，此时服务端处于 CLOSE_WAIT 状态。

即服务端收到连接释放报文段后即发出确认报文段（ACK=1，确认号ack=u+1，序号seq=v），服务端进入CLOSE_WAIT（关闭等待）状态，此时的TCP处于半关闭状态，客户端到服务端的连接释放。客户端收到服务端的确认后，进入FIN_WAIT2（终止等待2）状态，等待服务端发出的连接释放报文段。

  • 第三次挥手：如果服务端也想断开连接了，和客户端的第一次挥手一样，发给 FIN 报文，且指定一个序列号。此时服务端处于 LAST_ACK 的状态。

即服务端没有要向客户端发出的数据，服务端发出连接释放报文段（FIN=1，ACK=1，序号seq=w，确认号ack=u+1），服务端进入LAST_ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认。

  • 第四次挥手：客户端收到 FIN 之后，一样发送一个 ACK 报文作为应答，且把服务端的序列号值 +1 作为自己 ACK 报文的序列号值，此时客户端处于 TIME_WAIT 状态。需要过一阵子以确保服务端收到自己的 ACK 报文之后才会进入 CLOSED 状态，服务端收到 ACK 报文之后，就处于关闭连接了，处于 CLOSED 状态。

即客户端收到服务端的连接释放报文段后，对此发出确认报文段（ACK=1，seq=u+1，ack=w+1），客户端进入TIME_WAIT（时间等待）状态。此时TCP未释放掉，需要经过时间等待计时器设置的时间2MSL后，客户端才进入CLOSED状态。

那为什么需要四次挥手呢？

因为当服务端收到客户端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时，当服务端收到FIN报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET，所以只能先回复一个ACK报文，告诉客户端，“你发的FIN报文我收到了”。只有等到我服务端所有的报文都发送完了，我才能发送FIN报文，因此不能一起发送，故需要四次挥手。 简单来说就是以下四步：

  • **第一次挥手：**若客户端认为数据发送完成，则它需要向服务端发送连接释放请求。
  • 第二次****挥手：服务端收到连接释放请求后，会告诉应用层要释放 TCP 链接。然后会发送 ACK 包，并进入 CLOSE_WAIT 状态，此时表明客户端到服务端的连接已经释放，不再接收客户端发的数据了。但是因为 TCP 连接是双向的，所以服务端仍旧可以发送数据给客户端。
  • 第三次挥手：服务端如果此时还有没发完的数据会继续发送，完毕后会向客户端发送连接释放请求，然后服务端便进入 LAST-ACK 状态。
  • **第四次挥手：**客户端收到释放请求后，向服务端发送确认应答，此时客户端进入 TIME-WAIT 状态。该状态会持续 2MSL（最大段生存期，指报文段在网络中生存的时间，超时会被抛弃） 时间，若该时间段内没有服务端的重发请求的话，就进入 CLOSED 状态。当服务端收到确认应答后，也便进入 CLOSED 状态。

TCP 使用四次挥手的原因是因为 TCP 的连接是全双工的，所以需要双方分别释放到对方的连接，单独一方的连接释放，只代 表不能再向对方发送数据，连接处于的是半释放的状态。

最后一次挥手中，客户端会等待一段时间再关闭的原因，是为了防止发送给服务器的确认报文段丢失或者出错，从而导致服务器 端不能正常关闭。

10. TCP粘包是怎么回事，如何处理**?** ---了解即可（或者不需要看）

默认情况下, TCP 连接会启⽤延迟传送算法 (Nagle 算法), 在数据发送之前缓存他们. 如果短时间有多个数据发送, 会缓冲到⼀起作⼀次发送 (缓冲⼤⼩⻅ socket.bufferSize ), 这样可以减少 IO 消耗提⾼性能.

如果是传输⽂件的话, 那么根本不⽤处理粘包的问题, 来⼀个包拼⼀个包就好了。但是如果是多条消息, 或者是别的⽤途的数据那么就需要处理粘包. 下面看⼀个例⼦, 连续调⽤两次 send 分别发送两段数据 data1 和 data2, 在接收端有以下⼏种常⻅的情况: A. 先接收到 data1, 然后接收到 data2 . B. 先接收到 data1 的部分数据, 然后接收到 data1 余下的部分以及 data2 的全部. C. 先接收到了 data1 的全部数据和 data2 的部分数据, 然后接收到了 data2 的余下的数据. D. ⼀次性接收到了 data1 和 data2 的全部数据.

其中的 BCD 就是我们常⻅的粘包的情况. ⽽对于处理粘包的问题, 常⻅的解决⽅案有:

  • 多次发送之前间隔⼀个等待时间：只需要等上⼀段时间再进⾏下⼀次 send 就好, 适⽤于交互频率特别低的场景. 缺点也很明显, 对于⽐较频繁的场景⽽⾔传输效率实在太低，不过⼏乎不⽤做什么处理.
  • 关闭 Nagle 算法：关闭 Nagle 算法, 在 Node.js 中你可以通过 socket.setNoDelay() ⽅法来关闭 Nagle 算法, 让每⼀次 send 都不缓冲直接发送。该⽅法⽐较适⽤于每次发送的数据都⽐较⼤ (但不是⽂件那么⼤), 并且频率不是特别⾼的场景。如果是每次发送的数据量⽐较⼩, 并且频率特别⾼的, 关闭 Nagle 纯属⾃废武功。另外, 该⽅法不适⽤于⽹络较差的情况, 因为 Nagle 算法是在服务端进⾏的包合并情况, 但是如果短时间内客户端的⽹络情况不好, 或者应⽤层由于某些原因不能及时将 TCP 的数据 recv, 就会造成多个包在客户端缓冲从⽽粘包的情况。 (如果是在稳定的机房内部通信那么这个概率是⽐较⼩可以选择忽略的)
  • 进⾏封包**/拆包：**封包/拆包是⽬前业内常⻅的解决⽅案了。即给每个数据包在发送之前, 于其前/后放⼀些有特征的数据, 然后收到数据的时 候根据特征数据分割出来各个数据包。

11. 为什么udp不会粘包？ ---了解即可（或者不需要看）

  • TCP协议是⾯向流的协议，UDP是⾯向消息的协议。UDP段都是⼀条消息，应⽤程序必须以消息为单位提取数据，不能⼀次提取任意字节的数据
  • UDP具有保护消息边界，在每个UDP包中就有了消息头（消息来源地址，端⼝等信息），这样对于接收端来说就容易进⾏区分处理了。传输协议把数据当作⼀条独⽴的消息在⽹上传输，接收端只能接收独⽴的消息。接收端⼀次只能接收发送端发出的⼀个数据包,如果⼀次接受数据的⼤⼩⼩于发送端⼀次发送的数据⼤⼩，就会丢失⼀部分数据，即使丢失，接受端也不会分两次去接收。

七、WebSocket

1. 对 WebSocket 的理解

WebSocket是HTML5提供的一种浏览器与服务器进行全双工通讯的网络技术，属于应用层协议。它基于TCP传输协议，并复用HTTP的握手通道。浏览器和服务器只需要完成一次握手，两者之间就直接可以创建持久性的连接， 并进行双向数据传输。 WebSocket 的出现就解决了半双工通信的弊端。它最大的特点是：服务器可以向客户端主动推动消息，客户端也可以主动向服务器推送消息。

WebSocket原理：客户端向 WebSocket 服务器通知（notify）一个带有所有接收者ID（recipients IDs）的事件（event），服务器接收后立即通知所有活跃的（active）客户端，只有ID在接收者ID序列中的客户端才会处理这个事件。

WebSocket 特点的如下：

  • 支持双向通信，实时性更强
  • 可以发送文本，也可以发送二进制数据‘’
  • 建立在TCP协议之上，服务端的实现比较容易
  • 数据格式比较轻量，性能开销小，通信高效
  • 没有同源限制，客户端可以与任意服务器通信
  • 协议标识符是ws（如果加密，则为wss），服务器网址就是 URL
  • 与 HTTP 协议有着良好的兼容性。默认端口也是80和443，并且握手阶段采用 HTTP 协议，因此握手时不容易屏蔽，能通过各种 HTTP 代理服务器。

Websocket的使用方法如下： 在客户端中：

// 在index.html中直接写WebSocket，设置服务端的端口号为 9999
let ws = new WebSocket('ws://localhost:9999');
// 在客户端与服务端建立连接后触发
ws.onopen = function() {
    console.log("Connection open."); 
    ws.send('hello');
};
// 在服务端给客户端发来消息的时候触发
ws.onmessage = function(res) {
    console.log(res);       // 打印的是MessageEvent对象
    console.log(res.data);  // 打印的是收到的消息
};
// 在客户端与服务端建立关闭后触发
ws.onclose = function(evt) {
  console.log("Connection closed.");
};

短轮询和长轮询的目的都是用于实现客户端和服务器端的一个即时通讯。 **短轮询的基本思路：**浏览器每隔一段时间向浏览器发送 http 请求，服务器端在收到请求后，不论是否有数据更新，都直接进行响应。这种方式实现的即时通信，本质上还是浏览器发送请求，服务器接受请求的一个过程，通过让客户端不断的进行请求，使得客户端能够模拟实时地收到服务器端的数据的变化。这种方式的优点是比较简单，易于理解。缺点是这种方式由于需要不断的建立 http 连接，严重浪费了服务器端和客户端的资源。当用户增加时，服务器端的压力就会变大，这是很不合理的。

**长轮询的基本思路：**首先由客户端向服务器发起请求，当服务器收到客户端发来的请求后，服务器端不会直接进行响应，而是先将这个请求挂起，然后判断服务器端数据是否有更新。如果有更新，则进行响应，如果一直没有数据，则到达一定的时间限制才返回。客户端 JavaScript 响应处理函数会在处理完服务器返回的信息后，再次发出请求，重新建立连接。长轮询和短轮询比起来，它的优点是明显减少了很多不必要的 http 请求次数，相比之下节约了资源。长轮询的缺点在于，连接挂起也会导致资源的浪费。

**SSE 的基本思想：**服务器使用流信息向服务器推送信息。严格地说，http 协议无法做到服务器主动推送信息。但是，有一种变通方法，就是服务器向客户端声明，接下来要发送的是流信息。也就是说，发送的不是一次性的数据包，而是一个数据流，会连续不断地发送过来。这时，客户端不会关闭连接，会一直等着服务器发过来的新的数据流，视频播放就是这样的例子。SSE 就是利用这种机制，使用流信息向浏览器推送信息。它基于 http 协议，目前除了 IE/Edge，其他浏览器都支持。它相对于前面两种方式来说，不需要建立过多的 http 请求，相比之下节约了资源。

WebSocket 是 HTML5 定义的一个新协议议，与传统的 http 协议不同，该协议允许由服务器主动的向客户端推送信息。使用 WebSocket 协议的缺点是在服务器端的配置比较复杂。WebSocket 是一个全双工的协议，也就是通信双方是平等的，可以相互发送消息，而 SSE 的方式是单向通信的，只能由服务器端向客户端推送信息，如果客户端需要发送信息就是属于下一个 http 请求了。

上面的四个通信协议，前三个都是基于HTTP协议的。

对于这四种即使通信协议，从性能的角度来看：

WebSocket > 长连接（SEE） > 长轮询 > 短轮询

但是，我们如果考虑浏览器的兼容性问题，顺序就恰恰相反了：

短轮询 > 长轮询 > 长连接（SEE） > WebSocket

所以，还是要根据具体的使用场景来判断使用哪种方式。

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