HTTP Keep-Alive是什么?如何工作?(理解TCP生命周期)

2024-06-15 07:48

本文主要是介绍HTTP Keep-Alive是什么?如何工作?(理解TCP生命周期),希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

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。

keepalive 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。

下面写一个脚本,方便测试:

1sleep(60);  //为了便于分析测试,会根据测试进行调整
2echo "www.example.com";

1. 当keepalive_timeout时间为0时,即不启用Keep-Alive时,一个tcp连接的生命周期:

01#tcpdump -n host 218.1.57.236 and port 80
0220:36:50.792731 IP 218.1.57.236.43052 > 222.73.211.215.http: S 1520902589:1520902589(0) win 65535
0320:36:50.792798 IP 222.73.211.215.http > 218.1.57.236.43052: S 290378256:290378256(0) ack 1520902590 win 5840
0420:36:50.801629 IP 218.1.57.236.43052 > 222.73.211.215.http: . ack 1 win 32768
05 
0620:36:50.801838 IP 218.1.57.236.43052 > 222.73.211.215.http: P 1:797(796) ack 1 win 32768
0720:36:50.801843 IP 222.73.211.215.http > 218.1.57.236.43052: . ack 797 win 59
08 
0920:37:50.803230 IP 222.73.211.215.http > 218.1.57.236.43052: P 1:287(286) ack 797 win 59
1020:37:50.803289 IP 222.73.211.215.http > 218.1.57.236.43052: F 287:287(0) ack 797 win 59
1120:37:50.893396 IP 218.1.57.236.43052 > 222.73.211.215.http: . ack 288 win 32625
1220:37:50.894249 IP 218.1.57.236.43052 > 222.73.211.215.http: F 797:797(0) ack 288 win 32625
1320:37:50.894252 IP 222.73.211.215.http > 218.1.57.236.43052: . ack 798 win 59
  • 第1~3行建立tcp三次握手,建立连接。用时8898μs
  • 第4~5行通过建立的连接发送第一个http请求,服务端确认收到请求。用时5μs
  • 第5~6行,可以知道脚本执行用时60s1387μs,与php脚本相符。
  • 第6、8行服务端发送http响应。发送响应用时90166μs。
  • 第7行,表明由服务端守护进程主动关闭连接。结合第6、8行,说明http响应一旦发送完毕,服务端马上关闭这个tcp连接
  • 第7、9、10说明tcp连接顺序关闭,用时90963μs。需要注意,这里socket资源并没有立即释放,需要等待2MSL时间(60s)后才被真正释放。

由此可见,在没有设置 keepalive_timeout 情况下,一个socket资源从建立到真正释放需要经过的时间是:建立tcp连接 + 传送http请求 + php脚本执行 + 传送http响应 + 关闭tcp连接 + 2MSL 。(注:这里的时间只能做参考,具体的时间主要由网络带宽,和响应大小而定)

2. 当keepalive_timeout时间大于0时,即启用Keep-Alive时,一个tcp连接的生命周期。为了便于分析,我们将keepalive_timeout设置为300s

01#tcpdump -n host 218.1.57.236 and port 80
0221:38:05.471129 IP 218.1.57.236.54049 > 222.73.211.215.http: S 1669618600:1669618600(0) win 65535
0321:38:05.471140 IP 222.73.211.215.http > 218.1.57.236.54049: S 4166993862:4166993862(0) ack 1669618601 win 5840
0421:38:05.481731 IP 218.1.57.236.54049 > 222.73.211.215.http: . ack 1 win 32768
0521:38:05.481976 IP 218.1.57.236.54049 > 222.73.211.215.http: P 1:797(796) ack 1 win 32768
0621:38:05.481985 IP 222.73.211.215.http > 218.1.57.236.54049: . ack 797 win 59
07 
0821:38:07.483626 IP 222.73.211.215.http > 218.1.57.236.54049: P 1:326(325) ack 797 win 59
0921:38:07.747614 IP 218.1.57.236.54049 > 222.73.211.215.http: . ack 326 win 32605
1021:43:07.448454 IP 222.73.211.215.http > 218.1.57.236.54049: F 326:326(0) ack 797 win 59
1121:43:07.560316 IP 218.1.57.236.54049 > 222.73.211.215.http: . ack 327 win 32605
1221:43:11.759102 IP 218.1.57.236.54049 > 222.73.211.215.http: F 797:797(0) ack 327 win 32605
1321:43:11.759111 IP 222.73.211.215.http > 218.1.57.236.54049: . ack 798 win 59
  • 我们先看一下,第6~8行,跟上次示例不一样的是,服务端httpd守护进程发完响应后,没有立即主动关闭tcp连接。
  • 第8行,结合第6行,我们可以看到,5分钟(300s)后,服务端主动关闭这个tcp连接。这个时间,正是我们设置的keepalive_timeout的时间。
  • 由此可见,设置了keepalive_timout时间情况下,一个socket建立到释放需要的时间是多了keepalive_timeout时间。

3. 当keepalive_timeout时间大于0,并且在同一个tcp连接发送多个http响应。这里为了便于分析,我们将keepalive_timeout设置为180s

通过这个测试,我们想弄清楚,keepalive_timeout是从第一个响应结束开启计时,还是最后一个响应结束开启计时。测试结果证实是后者,这里,我们每隔120s发一次请求,通过一个tcp连接发送了3个请求。

01# tcpdump -n host 218.1.57.236 and port 80
0222:43:57.102448 IP 218.1.57.236.49955 > 222.73.211.215.http: S 4009392741:4009392741(0) win 65535
0322:43:57.102527 IP 222.73.211.215.http > 218.1.57.236.49955: S 4036426778:4036426778(0) ack 4009392742 win 5840
0422:43:57.111337 IP 218.1.57.236.49955 > 222.73.211.215.http: . ack 1 win 32768
05 
0622:43:57.111522 IP 218.1.57.236.49955 > 222.73.211.215.http: P 1:797(796) ack 1 win 32768
0722:43:57.111530 IP 222.73.211.215.http > 218.1.57.236.49955: . ack 797 win 59
0822:43:59.114663 IP 222.73.211.215.http > 218.1.57.236.49955: P 1:326(325) ack 797 win 59
0922:43:59.350143 IP 218.1.57.236.49955 > 222.73.211.215.http: . ack 326 win 32605
10 
1122:45:59.226102 IP 218.1.57.236.49955 > 222.73.211.215.http: P 1593:2389(796) ack 650 win 32443
1222:45:59.226109 IP 222.73.211.215.http > 218.1.57.236.49955: . ack 2389 win 83
1322:46:01.227187 IP 222.73.211.215.http > 218.1.57.236.49955: P 650:974(324) ack 2389 win 83
1422:46:01.450364 IP 218.1.57.236.49955 > 222.73.211.215.http: . ack 974 win 32281
15 
1622:47:57.377707 IP 218.1.57.236.49955 > 222.73.211.215.http: P 3185:3981(796) ack 1298 win 32119
1722:47:57.377714 IP 222.73.211.215.http > 218.1.57.236.49955: . ack 3981 win 108
1822:47:59.379496 IP 222.73.211.215.http > 218.1.57.236.49955: P 1298:1622(324) ack 3981 win 108
1922:47:59.628964 IP 218.1.57.236.49955 > 222.73.211.215.http: . ack 1622 win 32768
20 
2122:50:59.358537 IP 222.73.211.215.http > 218.1.57.236.49955: F 1622:1622(0) ack 3981 win 108
2222:50:59.367911 IP 218.1.57.236.49955 > 222.73.211.215.http: . ack 1623 win 32768
2322:50:59.686527 IP 218.1.57.236.49955 > 222.73.211.215.http: F 3981:3981(0) ack 1623 win 32768
2422:50:59.686531 IP 222.73.211.215.http > 218.1.57.236.49955: . ack 3982 win 108
  • 第一组,三个ip包表示tcp三次握手建立连接,由浏览器建立。
  • 第二组,发送第一次http请求并且得到响应,服务端守护进程输出响应之后,并没马上主动关闭tcp连接。而是启动keepalive_timout计时。
  • 第三组,2分钟后,发送第二次http请求并且得到响应,同样服务端守护进程也没有马上主动关闭tcp连接,重新启动keepalive_timout计时。
  • 第四组,又2分钟后,发送了第三次http请求并且得到响应。服务器守护进程依然没有主动关地闭tcp连接(距第一次http响应有4分钟了,大于keepalive_timeout值),而是重新启动了keepalive_timout计时。
  • 第五组,跟最后一个响应keepalive_timeout(180s)内,守护进程再没有收到请求。计时结束,服务端守护进程主动关闭连接。4次挥手后,服务端进入TIME_WAIT状态。

这说明,当设定了keepalive_timeout,一个socket由建立到释放,需要时间是:tcp建立 + (最后一个响应时间 – 第一个请求时间) + tcp关闭 + 2MSL。红色加粗表示每一次请求发送时间、每一次请求脚本执行时间、每一次响应发送时间,还有两两请求相隔时间。进一步测试,正在关闭或者TIME_WAIT状态的tcp连接,不能传输http请求和响应。即,当一个连接结束keepalive_timeout计时,服务端守护进程发送第一个FIN标志ip包后,该连接不能再使用了。

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:

1echo 1800 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_time
2echo 15 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_intvl
3echo 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。

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。

最后

我想用一张示意图片来说明使用启用keepalive的不同。另外,http keepalive是客户端浏览器与服务端httpd守护进程协作的结果,所以,我们另外安排篇幅介绍不同浏览器的各种情况对keepalive的利用。

这篇关于HTTP Keep-Alive是什么?如何工作?(理解TCP生命周期)的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/1062848

相关文章

详解Java如何向http/https接口发出请求

《详解Java如何向http/https接口发出请求》这篇文章主要为大家详细介绍了Java如何实现向http/https接口发出请求,文中的示例代码讲解详细,感兴趣的小伙伴可以跟随小编一起学习一下... 用Java发送web请求所用到的包都在java.net下,在具体使用时可以用如下代码,你可以把它封装成一

关于Maven生命周期相关命令演示

《关于Maven生命周期相关命令演示》Maven的生命周期分为Clean、Default和Site三个主要阶段,每个阶段包含多个关键步骤,如清理、编译、测试、打包等,通过执行相应的Maven命令,可以... 目录1. Maven 生命周期概述1.1 Clean Lifecycle1.2 Default Li

一文带你理解Python中import机制与importlib的妙用

《一文带你理解Python中import机制与importlib的妙用》在Python编程的世界里,import语句是开发者最常用的工具之一,它就像一把钥匙,打开了通往各种功能和库的大门,下面就跟随小... 目录一、python import机制概述1.1 import语句的基本用法1.2 模块缓存机制1.

深入理解C语言的void*

《深入理解C语言的void*》本文主要介绍了C语言的void*,包括它的任意性、编译器对void*的类型检查以及需要显式类型转换的规则,具有一定的参考价值,感兴趣的可以了解一下... 目录一、void* 的类型任意性二、编译器对 void* 的类型检查三、需要显式类型转换占用的字节四、总结一、void* 的

深入理解Redis大key的危害及解决方案

《深入理解Redis大key的危害及解决方案》本文主要介绍了深入理解Redis大key的危害及解决方案,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友们下面随着... 目录一、背景二、什么是大key三、大key评价标准四、大key 产生的原因与场景五、大key影响与危

SSID究竟是什么? WiFi网络名称及工作方式解析

《SSID究竟是什么?WiFi网络名称及工作方式解析》SID可以看作是无线网络的名称,类似于有线网络中的网络名称或者路由器的名称,在无线网络中,设备通过SSID来识别和连接到特定的无线网络... 当提到 Wi-Fi 网络时,就避不开「SSID」这个术语。简单来说,SSID 就是 Wi-Fi 网络的名称。比如

深入理解C++ 空类大小

《深入理解C++空类大小》本文主要介绍了C++空类大小,规定空类大小为1字节,主要是为了保证对象的唯一性和可区分性,满足数组元素地址连续的要求,下面就来了解一下... 目录1. 保证对象的唯一性和可区分性2. 满足数组元素地址连续的要求3. 与C++的对象模型和内存管理机制相适配查看类对象内存在C++中,规

Node.js 中 http 模块的深度剖析与实战应用小结

《Node.js中http模块的深度剖析与实战应用小结》本文详细介绍了Node.js中的http模块,从创建HTTP服务器、处理请求与响应,到获取请求参数,每个环节都通过代码示例进行解析,旨在帮... 目录Node.js 中 http 模块的深度剖析与实战应用一、引言二、创建 HTTP 服务器:基石搭建(一

Python如何实现 HTTP echo 服务器

《Python如何实现HTTPecho服务器》本文介绍了如何使用Python实现一个简单的HTTPecho服务器,该服务器支持GET和POST请求,并返回JSON格式的响应,GET请求返回请求路... 一个用来做测试的简单的 HTTP echo 服务器。from http.server import HT

QT实现TCP客户端自动连接

《QT实现TCP客户端自动连接》这篇文章主要为大家详细介绍了QT中一个TCP客户端自动连接的测试模型,文中的示例代码讲解详细,感兴趣的小伙伴可以跟随小编一起学习一下... 目录版本 1:没有取消按钮 测试效果测试代码版本 2:有取消按钮测试效果测试代码版本 1:没有取消按钮 测试效果缺陷:无法手动停