理解WebKit和Chromium: Chromium网络栈

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## 概述

前面讲到Chromium的资源加载机制，在调用栈上，提到URLRequest之后就戛然而止，在这之下就是Chromium的网络模块部分，它是在Browser进程中工作的，这部分其实包含很多内容，例如调用栈，Cookie，磁盘缓存，域名解析，网络协议，代理，安全机制等。它们的主要作用是使用网络来下载各种类型的资源，当然网络部分的内容远不只这些 ，它还需要支持最新的HTML5功能－WebSockets 。更具创新的是，为了高效的网络机制，Chromium使用了预DNS解析和资源预取等技术，极大的减少了用户等待时间。要是你以为这就是全部，那就错了，Chromium又引入了SPDY和QUIC等新网络协议，用于减少网络传输时间。

要一一解释这所有的部分其实并不容易，本节试图通过介绍网络栈的基础部分和SPDY技术，跟你一起一窥其中的一些秘密，对于更多的内容，希望以后可以逐一介绍它们。

## 调用栈

下面来了解Chromium的网络调用过程剖析。读者可以先查看一下“net”目录下的子目录，大致了解主要的子模块。下图描述了URLRequest到Socket之间的调用过程，下面逐步来分析它们。以HTTP协议为例，在建立TCP的socket连接过程中涉及的类。

首先是URLRequest被上层调用启动请求的时候，它会根据URL的scheme来决定需要创建什么类型的请求。“scheme”也就是URL的类型，例如“http://”，“file://“。还可以是自定义的scheme，例如Android系统的file://assets/。URLRequest创建的是一个URLRequestJob子类的一个对象，例如图中URLRequestHttpJob。为了支持自定义的scheme处理方式，它是利用工厂模式。对于URLRequestJob和它的工厂URLRequestJobFactory的管理工作都是URLRequestJobManager负责。基本的思路是，用户可以在该类中注册多个工厂，当有URLRequest请求时候，先有工厂检查它是否需要处理该scheme，如果没有，继续交由下一个工厂类。最后，如果没有任何工厂能够处理的话，则交给内置的工厂来检查和处理是否是http://，ftp://或者file://等。

其次，当URLRequestHttpJob被创建后，它首先从Cookie管理器中获取跟该URL相关联的信息。之后，它同样借助于HttpTransactionFactory创建一个HttpTransaction类的对象来表示开启一个HTTP连接的事务（当然这里的概念不同于数据库中的事务概念）。通常情况下，HttpTransactionFactory对应的是一个它的子类HttpCache的实例。HttpCache类使用本地磁盘缓存机制（稍后会介绍），如果该请求对应的回复已经在磁盘缓存中，那么无需再建立HttpTransaction来发起连接，直接从磁盘中获取即可。如果磁盘中没有，同时如果目前该URL请求对应的HttpTransaction已经建立，那么只要等待它的回复即可。这些条件都不满足后，实际上才会真正创建HttpTransaction。

再次，HttpNetworkTransaction使用HttpNetworkSession来管理连接会话。HttpNetworkSession通过它的成员HttpStreamFactory来建立TCP Socket连接，之后创建HttpStream对象。HttpStreamFactory将和网络之间的数据读写交给自己新创建的一个HttpStream（其实是它的子类）对象来处理。

最后，是套接字的建立。Chromium中的跟服务器建立连接的套接字是StreamSocket，它是一个抽象类，在POSIX和Windows上有分别不同的实现。同时，为了支持SSL机制，它还有一个子类就是SSLSocket。

## SPDY

HTTP管线化技术有很大的限制和缺陷，那么如何解决这些问题呢？在SPDY协议之前，同很多成功案例背后有众多的失败实验一样，也尝试了一些部分解决方案，例如SCTP，SST，MUX等等，它们主要作用在传输层或者会话层上。但是，它们只是解决了部分问题，但是HTTP相关问题依然没有解决（例如压缩等），而且在传输层上的协议很难实施。Chromium引入了新的机制-SPDY。SPDY就是为了解决网络延迟和安全性问题。根据Google的官方数据，使用SPDY协议的服务器和客户端可以将网络加载的时间减少64%。在HTTP2.0的草案中引入SPDY协议作为基础来编写。

SPDY协议是一种新的会话层协议，它定义在HTTP协议和TCP协议之间，下图描述了这些协议之间的层次关系。

SPDY协议的核心思想是多路复用，仅使用一个连接来传输一个网页中的众多资源。从上图中读者也可以看到，它本上并没有改变HTTP协议，只是将HTTP协议头通过SPDY来封装和传输。其传输方式也没有发生变化，然后使用TCP/IP协议。所以，它相对比较容易的布置，服务器只需要插入SPDY协议的解释层，从SPDY的消息头中获取各个资源的HTTP头即可。其次是，SPDY协议必须建立在SSL层之上，这是一个比较大的限制，因为有很多网站不一定希望支持HTTPS。

SPDY的工作方式有以下四个特征：

第一，利用一个TCP连接来传输不限个数的资源请求的读写流，这与之前的为每个资源请求都建立一个TCP连接大大不同，这明显提高了TCP连接的利用率，减少TCP连接的维护成本。前面我们也说出，建立一个TCP连接的时间在几十毫秒到几秒甚至更长，这显然能够减少时间。

第二，根据资源请求的特性和优先级，SPDY可以调整它们的请求这些资源的优先级，例如对JavaScript资源的优先级很高，服务器优先传输回复该类型的请求。在网络带宽不是很理想的情况下，这是一种折中。

第三，就是对这些请求使用压缩技术，大大减少需要传送的字节数。这一思想已广泛应用于各种浏览器中。

第四，当用户需要浏览某个网页的时候，支持SPDY协议的服务器在发送网页内容时候可以尝试发送一些信息给浏览器，告诉后面可能需要哪些资源，浏览器可以提前知道并决定是否需要下载。更极端的情况是，服务器可以主动发送资源。

## 参考资料

1.      http://www.chromium.org/developers/design-documents/network-stack

by yongsheng@chromium.org