HTTP与TCP长连接解析-优快云博客

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HTTP协议与TCP/IP协议的关系

HTTP的长连接和短连接本质上是TCP长连接和短连接。 HTTP属于应用层协议，在传输层使用TCP协议，在网络层使用IP协议。 IP协议主要解决网络路由和寻址问题，TCP协议主要解决如何在IP层之上可靠地传递数据包，使得网络上接收端收到发送端所发出的所有包，并且顺序与发送顺序一致。TCP协议是可靠的、面向连接的。

在HTTP/1.0中，默认使用的是短连接。也就是说，浏览器和服务器每进行一次HTTP操作，就建立一次连接，但任务结束就中断连接。如果客户端浏览器访问的某个HTML或其他类型的 Web页中包含有其他的Web资源，如JavaScript文件、图像文件、CSS文件等；当浏览器每遇到这样一个Web资源，就会建立一个HTTP会话。

但从HTTP/1.1起，默认使用长连接，用以保持连接特性。使用长连接的HTTP协议，会在响应头有加入这行代码：

Connection:keep-alive

在使用长连接的情况下，当一个网页打开完成后，客户端和服务器之间用于传输HTTP数据的 TCP连接不会关闭，如果客户端再次访问这个服务器上的网页，会继续使用这一条已经建立的连接。Keep-Alive不会永久保持连接，它有一个保持时间，可以在不同的服务器软件（如Apache）中设定这个时间。实现长连接要客户端和服务端都支持长连接。

1.TCP连接

TCP运输连接的三个阶段：

连接建立（三次握手）
数据传送
连接释放（四次挥手）

2.TCP短连接

客户端每次向服务器发起一次请求都要重新建立TCP连接。步骤：
建立连接——数据传输——关闭连接 ... 建立连接——数据传输——关闭连接

优点：

管理起来比较简单，存在的连接都是有用的连接，不需要额外的控制手段。

缺点:

如果客户请求频繁，将在TCP的建立和关闭操作上浪费较多的事件和带宽。

3.TCP长连接

客户端在第一次向服务器发起一次请求后，不断开连接，在一定时间内的请求都继续使用这个连接。步骤：
建立连接——数据传输 ...（保持连接）... 数据传输——关闭连接

优点：

长连接可以省去较多的TCP建立和关闭的操作，减少浪费，节约时间。

缺点：

在长连接的应用场景下，client端一般不会主动关闭它们之间的连接，Client与server之间的连接如果一直不关闭的话，会存在一个问题，随着客户端连接越来越多，server早晚有扛不住的时候。

所以针对这种现象，服务端需要采取一些策略，如关闭一些长时间没有请求发生的连接，这样可以避免一些恶意连接导致server端服务受损；如果条件允许则可以限制每个客户端的最大长连接数，这样可以完全避免恶意的客户端拖垮整体后端服务。

TCP的保活功能

TCP的保活功能主要为服务器应用提供。如果客户端已经消失而连接未断开，则会使得服务器上保留一个半开放的连接，而服务器又在等待来自客户端的数据，此时服务器将永远等待客户端的数据。保活功能就是试图在服务端器端检测到这种半开放的连接。

如果一个给定的连接在两小时内没有任何动作，服务器就向客户发送一个探测报文段，根据客户端主机响应探测4个客户端状态：

客户主机依然正常运行，且服务器可达。此时客户的TCP响应正常，服务器将保活定时器复位。
客户主机已经崩溃，并且关闭或者正在重新启动。上述情况下客户端都不能响应TCP。服务端将无法收到客户端对探测的响应。服务器总共发送10个这样的探测，每个间隔75秒。若服务器没有收到任何一个响应，它就认为客户端已经关闭并终止连接。
客户端崩溃并已经重新启动。服务器将收到一个对其保活探测的响应，这个响应是一个复位，使得服务器终止这个连接。
客户机正常运行，但是服务器不可达。这种情况与第二种状态类似。

长连接的过期时间：

客户端的长连接不可能无限期的保持，会有一个上限，服务器有时候会告诉客户端超过时间，比如：

HTTP/1.1 200 OK
Server: ngx_openresty
Date: Tue, 08 Apr 2014 05:20:23 GMT
Content-Type: text/html; charset=utf-8
Transfer-Encoding: chunked
Connection: keep-alive
Kepp-Alive: timeout=20
Vary: Accept-Enncoding
Last-Modified: Tue, 08 Apr 2014 05:20:01 GMT
Vary: Accept-Encoding
Content-Encoding: gzip

Keep-Alive: timeout=20，表示这个TCP通道可以保持20秒。另外还可能有max=XXX，表示这个长连接最多接收XXX次请求就断开。对于客户端来说，如果服务器没有告诉客户端超时时间也没关系，服务端可能主动发起四次握手断开TCP连接，客户端能够知道该TCP连接已经无效；另外TCP还有心跳包来检测当前连接是否还活着，方法很多，避免浪费资源。