长连接简介

长连接

长连接 、短连接、心跳机制

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。

如何理解HTTP协议是无状态的：

• HTTP协议是无状态的，指的是协议对于事务处理没有记忆能力，服务器不知道客户端是什么状态。也就是说，打开一个服务器上的网页和上一次打开这个服务器上的网页之间没有任何联系。HTTP是一个无状态的面向连接的协议，无状态不代表HTTP不能保持TCP连接，更不能代表HTTP使用的是UDP协议（无连接）。

什么是长连接、短连接？

• 在HTTP/1.0中默认使用短连接。也就是说，客户端和服务器每进行一次HTTP操作，就建立一次连接，任务结束就中断连接。当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），每遇到这样一个Web资源，浏览器就会重新建立一个HTTP会话。
  而从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，客户端再次访问这个服务器时，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。实现长连接需要客户端和服务端都支持长连接。

HTTP协议的长连接和短连接，实质上是TCP协议的长连接和短连接。

TCP连接：

• 当网络通信时采用TCP协议时，在真正的读写操作之前，客户端与服务器端之间必须建立一个连接，当读写操作完成后，双方不再需要这个连接时可以释放这个连接。连接的建立依靠“三次握手”，而释放则需要“四次握手”，所以每个连接的建立都是需要资源消耗和时间消耗的。

经典的三次握手建立连接示意图：

经典的四次握手关闭连接示意图：

长连接短连接操作过程：
短连接的操作步骤是：

• 建立连接——数据传输——关闭连接…建立连接——数据传输——关闭连接

长连接的操作步骤是：

• 建立连接——数据传输…（保持连接）…数据传输——关闭连接

短连接：

概念

client与server通过三次握手建立连接，client发送请求消息，server返回响应，一次连接就完成了。

这时候双方任意都可以发起close操作，不过一般都是client先发起close操作。上述可知，短连接一般只会在 client/server间传递一次请求操作。

短连接的优缺点：

• 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。

使用场景：

• 通常浏览器访问服务器的时候就是短连接。

• 对于服务端来说，长连接会耗费服务端的资源，而且用户用浏览器访问服务端相对而言不是很频繁的

• 如果有几十万，上百万的连接，服务端的压力会非常大，甚至会崩溃。

• 所以对于并发量大，请求频率低的，建议使用短连接。

长连接：
什么是长连接？

• client向server发起连接，server接受client连接，双方建立连接。

• Client与server完成一次读写之后，它们之间的连接并不会主动关闭，后续的读写操作会继续使用这个连接。

长连接的生命周期：

• 正常情况下，一条TCP长连接建立后，只要双不提出关闭请求并且不出现异常情况，这条连接是一直存在的.

• 操作系统不会自动去关闭它，甚至经过物理网络拓扑的改变之后仍然可以使用。

• 所以一条连接保持几天、几个月、几年或者更长时间都有可能，只要不出现异常情况或由用户（应用层）主动关闭。

• 客户端和服务单可一直使用该连接进行数据通信。

长连接的优点：

• 长连接可以省去较多的TCP建立和关闭的操作，减少网络阻塞的影响，

• 当发生错误时，可以在不关闭连接的情况下进行提示，

• 减少CPU及内存的使用，因为不需要经常的建立及关闭连接。

长连接的缺点：

• 连接数过多时，影响服务端的性能和并发数量。

使用场景：

数据库的连接就是采用TCP长连接.

• RPC，远程服务调用，在服务器，一个服务进程频繁调用另一个服务进程，可使用长连接，减少连接花费的时间。

总结：
1.对于长连接和短连接的使用是需要根据应用场景来判断的

2.长连接并不是万能的，也是需要维护的.

长连接的实现
心跳机制

• 应用层协议大多都有HeartBeat机制，通常是客户端每隔一小段时间向服务器发送一个数据包，通知服务器自己仍然在线。

• 并传输一些可能必要的数据。使用心跳包的典型协议是IM，比如QQ/MSN/飞信等协议。

• 在TCP的机制里面，本身是存在有心跳包的机制的，也就是TCP的选项：SO_KEEPALIVE。

• 系统默认是设置的2小时的心跳频率。但是它检查不到机器断电、网线拔出、防火墙这些断线。

• 而且逻辑层处理断线可能也不是那么好处理。一般，如果只是用于保活还是可以的。

为什么需要心跳机制？

• 因为网络的不可靠性, 有可能在 TCP 保持长连接的过程中, 由于某些突发情况, 例如网线被拔出, 突然掉电等,

• 会造成服务器和客户端的连接中断. 在这些突发情况下, 如果恰好服务器和客户端之间没有交互的话, 那么它们是不能在短时间内发现对方已经掉线的.

• 心跳机制即可解决此类问题。

TCP协议的KeepAlive机制

• 默认KeepAlive状态是不打开的。

• 需要将setsockopt将SOL_SOCKET.SO_KEEPALIVE设置为1才是打开KeepAlive状态，

并且可以设置三个参数：

tcp_keepalive_time ，tcp_keepalive_probes ， tcp_keepalive_intvl，

分别表示：连接闲置多久开始发keepalive的ack包、发几个ack包不回复才当对方已断线、两个ack包之间的间隔。

很多网络设备，尤其是NAT路由器，由于其硬件的限制（例如内存、CPU处理能力），无法保持其上的所有连接，因此在必要的时候，会在连接池中选择一些不活跃的连接踢掉。

典型做法是LRU，把最久没有数据的连接给T掉。

通过使用TCP的KeepAlive机制（修改那个time参数），可以让连接每隔一小段时间就产生一些ack包，以降低被踢掉的风险，当然，这样的代价是额外的网络和CPU负担。

如何实现心跳机制？
实现心跳机制:

• 使用 TCP 协议层面的 keepalive 机制.

• 在应用层上实现自定义的心跳机制.

• 虽然在 TCP 协议层面上, 提供了 keepalive 保活机制, 但是使用它有几个缺点:

• 它不是 TCP 的标准协议, 并且是默认关闭的.

• TCP keepalive 机制依赖于操作系统的实现, 默认的 keepalive 心跳时间是 两个小时, 并且对 keepalive 的修改需要系统调用(或者修改系统配置), 灵活性不够.

• TCP keepalive 与 TCP 协议绑定, 因此如果需要更换为 UDP 协议时, keepalive 机制就失效了.

• 使用 TCP 层面的 keepalive 机制比自定义的应用层心跳机制节省流量,