http長連接和短連接原理淺析

1. HTTP協定與TCP/IP協定的關係

　　HTTP的長連接和短連接本質上是TCP長連接和短連接。 HTTP屬於應用層協議，在傳輸層使用TCP協議，在網路層使用IP協定。 IP協定主要解決網路路由和定址問題，TCP協定主要解決如何在IP層之上可靠的傳遞資料包，使在網路上的另一端收到發端發出的所有包，並且順序與發出順序一致。 TCP有可靠，面向連線的特性。

　　2. 如何理解HTTP協定是無狀態的

　　HTTP協定是無狀態的，指的是協定對於事務處理沒有記憶能力，伺服器不知道客戶端是什麼狀態。也就是說，打開一個伺服器上的網頁和你之前打開這個伺服器上的網頁之間沒有任何關聯。 HTTP是無狀態的面向連接的協議，無狀態不代表HTTP無法保持TCP連接，更不能代表HTTP使用的是UDP協定（無連接）。

　　3. 什麼是長連接、短連接？

　　在HTTP/1.0中，預設使用的是短連線。也就是說，瀏覽器和伺服器每進行一次HTTP操作，就建立一次連接，但任務結束就會中斷連線。如果用戶端瀏覽器存取的某個HTML或其他類型的Web頁面中包含有其他的Web資源，如JavaScript檔案、影像檔案、CSS檔案等；當瀏覽器每遇到這樣一個Web資源，就會建立一個HTTP會話。

　　但從 HTTP/1.1起，預設使用長連接，以維持連接特性。使用長連線的HTTP協議，會在回應頭有加入這行程式碼：

　　Connection:keep-alive

　　在使用長連線的情況下，當一個網頁開啟完成後，客戶端和伺服器之間用於傳輸HTTP資料的TCP連線不會關閉，如果客戶端再次造訪這個伺服器上的網頁，就會繼續使用這一已經建立的連線。 Keep-Alive不會永久保持連接，它有一個保持時間，可以在不同的伺服器軟體（如Apache）中設定這個時間。實現長連線要客戶端和服務端都支援長連線。

　　HTTP協定的長連接和短連接，實質上是TCP協定的長連接和短連接。

　　當網路通訊時採用TCP協定時，在真正的讀寫操作之前，server與client之間必須建立一個連接，當讀寫操作完成後，雙方不再需要這個連接時它們可以釋放這個連接，連接的建立是需要三次握手的，而釋放則需要4次握手，所以說每個連接的建立都是需要資源消耗和時間消耗的

　　經典的三次握手示意圖：

經典的四次握手關閉圖：

3.2 TCP短連線

　　我們模擬一下TCP短連線的情況，client向server發起連線請求，server接到請求，然後雙方建立連線。 client向server 傳送訊息，server回應client，然後一次讀寫就完成了，這時候雙方任何一個都可以發起close操作，不過一般都是client先發起 close操作。為什麼呢，一般的server不會回復完client後立刻關掉連線的，當然也不排除有特殊的狀況。從上面的描述來看，短連接一般只會在client/server間傳遞一次讀寫操作

　　短連接的優點是：管理起來比較簡單，存在的連接都是有用的連接，不需要額外的控製手段

　　3.3 TCP長連接

　　接下來我們再模擬一下長連接的情況，client向server發起連接，server接受client連接，雙方建立連接。 Client與server完成一次讀寫之後，它們之間的連線並不會主動關閉，後續的讀寫操作會繼續使用這個連線。

　　先說一下TCP/IP詳解上講到的TCP保活功能，保活功能主要為伺服器應用提供，伺服器應用希望知道客戶主機是否崩潰，從而可以代表客戶使用資源。如果客戶已經消失，使得伺服器上保留一個半開放的連接，而伺服器又在等待來自客戶端的數據，則伺服器將應遠等待客戶端的數據，保活功能就是試圖在伺服器端檢測到這種半開放的連接。

　　如果一個給定的連接在兩小時內沒有任何的動作，則伺服器就向客戶發送一個探測報文段，客戶主機必須處於以下4個狀態之一：

客戶主機依然正常運行，並從伺服器可達。客戶的TCP回應正常，而伺服器也知道對方是正常的，伺服器在兩小時後將保活定時器重設。

客戶主機已經崩潰，並且關閉或正在重新啟動。在任何一種情況下，客戶的TCP都沒有回應。服務端將無法收到對探測的回應，並在75秒後逾時。伺服器總共發送10個這樣的探測 ，每個間隔75秒。如果伺服器沒有收到一個回應，它就認為客戶主機已經關閉並終止連線。

客戶主機崩潰並且已經重新啟動。伺服器將收到一個對其保活探測的回應，這個回應是一個重位，使得伺服器終止這個連線。

客戶機正常運行，但是伺服器不可達，這種情況與2類似，TCP能發現的就是沒有收到探查的回應。

　　3.4 長連接短連接操作過程

　　短連接的操作步驟是：

　　建立連接－資料傳輸－關閉連接...建立連接－資料傳輸－關閉操作〜

『是：

　　建立連線－資料傳輸...（保持連線）...資料傳輸－關閉連線

　4. 長連線與短連線的優點與缺點

　　由上可以看出，長連線可以省去較多的TCP建立和關閉的操作，減少浪費，節省時間。對於頻繁請求資源的客戶來說，較適用長連線。不過這裡存在一個問題，存活功能的探測週期太長，還有就是它只是探測TCP連接的存活，屬於比較斯文的做法，遇到惡意的連接時，保活功能就不夠使了。在長連接的應用場景下，client端通常不會主動關閉它們之間的連接，Client與server之間的連接如果一直不關閉的話，會存在一個問題，隨著客戶端連接越來越多，server早晚有扛不住的時候，這時候server端需要採取一些策略，如關閉一些長時間沒有讀寫事件發生的連接，這樣可以避免一些惡意連接導致server端服務受損；如果條件再允許就可以以客戶端機器為顆粒度，限制每個客戶端的最大長連線數，這樣可以完全避免某個蛋疼的客戶端連累後端服務。

　　短連接對於伺服器來說管理較為簡單，存在的連接都是有用的連接，不需要額外的控製手段。但如果客戶請求頻繁，將在TCP的建立和關閉操作上浪費時間和頻寬。

　　長連接和短連接的產生在於client和server採取的關閉策略，具體的應用場景採用具體的策略，沒有十全十美的選擇，只有合適的選擇。

　　5. 什麼時候用長連接，短連接？

　　長連接多用於操作頻繁，點對點的通訊，而且連接數不能太多情況，。每個TCP連接都需要三步握手，這需要時間，如果每個操作都是先連接，再操作的話那麼處理速度會降低很多，所以每個操作完後都不斷開，次處理時直接發送數據包就OK了，不用建立TCP連線。例如：資料庫的連接用長連接， 如果用短連接頻繁的通訊會造成socket錯誤，而且頻繁的socket 創建也是對資源的浪費。

　　而像WEB網站的http服務一般都用短鏈接，因為長連接對於服務端來說會耗費一定的資源，而像WEB網站這麼頻繁的成千上萬甚至上億客戶端的連接用短連接會更省一些資源，如果用長連接，而且同時有成千上萬的用戶，如果每個用戶都佔用一個連接的話，那可想而知吧。所以並發量大，但每個使用者無需頻繁操作情況下需用短連好。