TCP keepalive 和 http keep-alive 以及心跳保活

Posted 2023-04-05

参考技术A

HTTP的长连接和短连接本质上是TCP长连接和短连接。

短连接
短连接，顾名思义，与长连接的区别就是，客户端收到服务端的响应后，立刻发送FIN消息，主动释放连接。也有服务端主动断连的情况，凡是在一次消息交互（发请求-收响应）之后立刻断开连接的情况都称为短连接。

长连接/http keep-alive
也叫持久连接，即一个TCP连接服务多次请求，在TCP层握手成功后，不立即断开连接，并在此连接的基础上进行多次消息（包括心跳）交互，直至连接的任意一方（客户端OR服务端）主动断开连接，此过程称为一次完整的长连接。

在HTTP/1.0中得到了初步的支持，客户端在请求header中携带Connection:Keep-Alive，即是在向服务端请求持久连接。如果服务端接受持久连接，则会在响应header中同样携带Connection: Keep-Alive，这样客户端便会继续使用同一个TCP连接发送接下来的若干请求。（Keep-Alive的默认参数是[timout=5, max=100]，即一个TCP连接可以服务至多5秒内的100次请求）

HTTP/1.1开始，即使请求header中没有携带Connection: Keep-Alive，传输也会默认以持久连接的方式进行，只有加入"Connection: close "后，才关闭。

http keepalive是客户端浏览器与服务端httpd守护进程协作的结果。

TCP中的KeepAlive
  TCP协议的实现中，提供了KeepAlive报文，用来探测连接的对端是否存活。在应用交互的过程中，可能存在以下几种情况：

客户端或服务器意外断电，死机，崩溃，重启；

中间网络已经中断，而客户端与服务器并不知道；

利用保活探测功能，可以探知这种对端的意外情况，从而保证在意外发生时，可以释放半打开的TCP连接。TCP保活报文交互过程如下：

因此，KeepAlive并不适用于检测双方存活的场景，这种场景还得依赖于应用层的心跳。 应用层心跳也具备着更大的灵活性，可以控制检测时机，间隔和处理流程，甚至可以在心跳包上附带额外信息。

应用层心跳是检测连接有效性以及判断双方是否存活的有效方式 。但是心跳过于频繁会带来 耗电和耗流量 的弊病，心跳频率过低则会影响连接检测的实时性。业内关于心跳时间的设置和优化，主要基于如下几个因素：

理想的情况下,客户端应当以略小于NAT超时时间的间隔来发送心跳包。 根据微信团队测试的一些数据，一些常用网络的NAT超时时间如下表所示：

TCP的KeepAlive机制意图在于保活、心跳，检测连接错误

如何快速区分当前连接使用的是长连接还是短连接
1、凡是在一次完整的消息交互（发请求-收响应）之后，立刻断开连接（有一方发送FIN消息）的情况都称为短连接；

2、长连接的一个明显特征是会有心跳消息（也有没有心跳的情况），且一般心跳间隔都在30S或者1MIN左右，用wireshark抓包可以看到有规律的心跳消息交互（可能会存在毫秒级别的误差）。

什么时候用长连接，短连接？
1、需要频繁交互的场景使用长连接，如即时通信工具（微信/QQ，QQ也有UDP），相反则使用短连接，比如普通的web网站，只有当浏览器发起请求时才会建立连接，服务器返回相应后，连接立即断开。

2、维持长连接会有一定的系统开销，用户量少不容易看出系统瓶颈，一旦用户量上去了，就很有可能把服务器资源（内存/CPU/网卡）耗尽，所以使用需谨慎。

keep-alive与TIME_WAIT
使用http keep-alvie，可以减少服务端TIME_WAIT数量(因为由服务端httpd守护进程主动关闭连接)。道理很简单，相较而言，启用keep-alive，建立的tcp连接更少了，自然要被关闭的tcp连接也相应更少了。

短连接和长链接 图：

参考： https://caofengbin.github.io/2018/03/16/dhcp-and-nat/#4-%E5%BD%B1%E5%93%8D%E5%BF%83%E8%B7%B3%E9%A2%91%E7%8E%87%E7%9A%84%E5%85%B3%E9%94%AE%E5%9B%A0%E7%B4%A0

https://blog.csdn.net/hengyunabc/article/details/44310193

http://wingjay.com/2018/12/05/android-arch-long-link/

https://www.levicc.com/2018/06/30/yi-dong-duan-wang-luo-you-hua/

能被我参考的都很优秀，哈哈

http的keep-alive和tcp的keepalive区别

1、HTTP Keep-Alive

在http早期，每个http请求都要求打开一个tpc socket连接，并且使用一次之后就断开这个tcp连接。
使用keep-alive可以改善这种状态，即在一次TCP连接中可以持续发送多份数据而不会断开连接。通过使用keep-alive机制，可以减少tcp连接建立次数，也意味着可以减少TIME_WAIT状态连接，以此提高性能和提高httpd服务器的吞吐率(更少的tcp连接意味着更少的系统内核调用,socket的accept()和close()调用)。
但是，keep-alive并不是免费的午餐,长时间的tcp连接容易导致系统资源无效占用。配置不当的keep-alive，有时比重复利用连接带来的损失还更大。所以，正确地设置keep-alive timeout时间非常重要。
keepalvie timeout
Httpd守护进程，一般都提供了keep-alive timeout时间设置参数。比如nginx的keepalive_timeout，和Apache的KeepAliveTimeout。这个keepalive_timout时间值意味着：一个http产生的tcp连接在传送完最后一个响应后，还需要hold住keepalive_timeout秒后，才开始关闭这个连接。
当httpd守护进程发送完一个响应后，理应马上主动关闭相应的tcp连接，设置 keepalive_timeout后，httpd守护进程会想说：”再等等吧，看看浏览器还有没有请求过来”，这一等，便是keepalive_timeout时间。如果守护进程在这个等待的时间里，一直没有收到浏览发过来http请求，则关闭这个http连接。

2、TCP KEEPALIVE

链接建立之后，如果应用程序或者上层协议一直不发送数据，或者隔很长时间才发送一次数据，当链接很久没有数据报文传输时如何去确定对方还在线，到底是掉线了还是确实没有数据传输，链接还需不需要保持，这种情况在TCP协议设计中是需要考虑到的。
TCP协议通过一种巧妙的方式去解决这个问题，当超过一段时间之后，TCP自动发送一个数据为空的报文给对方，如果对方回应了这个报文，说明对方还在线，链接可以继续保持，如果对方没有报文返回，并且重试了多次之后则认为链接丢失，没有必要保持链接。

3、http keep-alive与tcp keep-alive

http keep-alive与tcp keep-alive，不是同一回事，意图不一样。http keep-alive是为了让tcp活得更久一点，以便在同一个连接上传送多个http，提高socket的效率。而tcp keep-alive是TCP的一种检测TCP连接状况的保鲜机制。tcp keep-alive保鲜定时器，支持三个系统内核配置参数：
1 echo 1800 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_time
2 echo 15 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_intvl
3 echo 5 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_probes
keepalive是TCP保鲜定时器，当网络两端建立了TCP连接之后，闲置idle（双方没有任何数据流发送往来）了tcp_keepalive_time后，服务器内核就会尝试向客户端发送侦测包，来判断TCP连接状况(有可能客户端崩溃、强制关闭了应用、主机不可达等等)。如果没有收到对方的回答(ack包)，则会在 tcp_keepalive_intvl后再次尝试发送侦测包，直到收到对对方的ack,如果一直没有收到对方的ack,一共会尝试 tcp_keepalive_probes次，每次的间隔时间在这里分别是15s, 30s, 45s, 60s, 75s。如果尝试tcp_keepalive_probes,依然没有收到对方的ack包，则会丢弃该TCP连接。TCP连接默认闲置时间是2小时，一般设置为30分钟足够了。

也就是说，仅当nginx的keepalive_timeout值设置高于tcp_keepalive_time，并且距此tcp连接传输的最后一个http响应，经过了tcp_keepalive_time时间之后，操作系统才会发送侦测包来决定是否要丢弃这个TCP连接。一般不会出现这种情况，除非你需要这样做。

4、图解http的keep-alive

参考链接地址：http://www.bubuko.com/infodetail-260176.html

                           http://www.nowamagic.net/academy/detail/23350305