HTTP学习笔记（四）

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短连接,长连接,队头阻塞,性能优化

短链接

HTTP 协议最初（0.9/1.0）是个非常简单的协议，通信过程也采用了简单的“请求 - 应答”方式。

它底层的数据传输基于 TCP/IP，每次发送请求前需要先与服务器建立连接，收到响应报文后会立即关闭连接。

因为客户端与服务器的整个连接过程很短暂，不会与服务器保持长时间的连接状态，所以就被称为“短连接”（short-lived connections）。早期的 HTTP 协议也被称为是“无连接”的协议。

长连接

针对短连接暴露出的缺点，HTTP 协议就提出了“长连接”的通信方式，也叫“持久连接”（persistent connections）、“连接保活”（keep alive）、“连接复用”（connection reuse）。

其实解决办法也很简单，用的就是“成本均摊”的思路，既然 TCP 的连接和关闭非常耗时间，那么就把这个时间成本由原来的一个“请求 - 应答”均摊到多个“请求 - 应答”上。

长短连接对比：

长短连接对比

相关头字段：

  • Connection：（响应字段）想要长连，接取值keep-alive。由服务器告知客户端，服务器支持长连接。
    • 在 HTTP/1.1 中的连接都会默认启用长连接。不需要用什么特殊的头字段指定，只要向服务器发送了第一次请求，后续的请求都会重复利用第一次打开的 TCP 连接，也就是长连接，在这个连接上收发数据。当然也可以 明确使用长连接。

缺点：

TCP 连接长时间不关闭，服务器必须在内存里保存它的状态，这就占用了服务器的资源。

如果有大量的空闲长连接只连不发，就会很快耗尽服务器的资源，导致服务器无法为真正有需要的用户提供服务。

所以，长连接也需要在恰当的时间关闭，不能永远保持与服务器的连接，这在客户端或者服务器都可以做到。

  • Connection: （请求字段）close。客户端告知服务端，停止长连接。同时在客户端的响应字段也加上Connection: close，此时，长连接关闭。

服务器端通常不会主动关闭连接，但也可以使用一些策略。拿 Nginx 来举例，它有两种方式：

  1. 使用“keepalive_timeout”指令，设置长连接的超时时间，如果在一段时间内连接上没有任何数据收发就主动断开连接，避免空闲连接占用系统资源。
  2. 使用“keepalive_requests”指令，设置长连接上可发送的最大请求次数。比如设置成 1000，那么当 Nginx 在这个连接上处理了 1000 个请求后，也会主动断开连接。
  3. 另外，客户端和服务器都可以在报文里附加通用头字段“Keep-Alive: timeout=value”，限定长连接的超时时间。但这个字段的约束力并不强，通信的双方可能并不会遵守，所以不太常见。

队头阻塞

“队头阻塞”与短连接和长连接无关，而是由 HTTP 基本的“请求 - 应答”模型所导致的。

根源：HTTP是半双工的协议，只能一发一收，这是对头阻塞的本质。

因为 HTTP 规定报文必须是“一发一收”，这就形成了一个先进先出的“串行”队列。队列里的请求没有轻重缓急的优先级，只有入队的先后顺序，排在最前面的请求被最优先处理。

如果队首的请求因为处理的太慢耽误了时间，那么队列里后面的所有请求也不得不跟着一起等待，结果就是其他的请求承担了不应有的时间成本。

队头阻塞

性能优化

请求 - 应答”模型不能变，所以“队头阻塞”问题在 HTTP/1.1 里无法解决，只能缓解。

并发连接

就是同时对一个域名发起多个长连接，用数量来解决质量的问题。

但这种方式也存在缺陷。如果每个客户端都想自己快，建立很多个连接，用户数×并发数就会是个天文数字。服务器的资源根本就扛不住，或者被服务器认为是恶意攻击，反而会造成“拒绝服务”。

所以，HTTP 协议建议客户端使用并发，但不能“滥用”并发。RFC2616 里明确限制每个客户端最多并发 2 个连接。不过实践证明这个数字实在是太小了，众多浏览器都“无视”标准，把这个上限提高到了 6~8。后来修订的 RFC7230 也就“顺水推舟”，取消了这个“2”的限制。

域名分片

由于HTTP和浏览器的并发限制，该方法还是用数量来解决质量的思路，

即：建立多个域名到同一个ip的映射，而这些域名都指向同一台服务器，对于网络请求进一步分流，这样实际的长连接就上去了。

疑问：多开几个域名，最终都是指向一个服务器，那跟都直接连一个服务器的效果一样，对服务器的性能要求一样，没有减少后端的压力？

域名分片解决的是客户端并发的问题，可以创建更多的连接。 比如浏览器限制一个域名最多6个连接，域名分3片，那么浏览器就可以同时建立18个连接，显然就能够并发更多请求，获取数据也就快了。

其他知识补充：

  • 服务端开发，长短连接如何选择？
    • 一般使用长连接，除非明确知道只会发送一个请求，比如游戏内
    • 连接兑换码服务进行礼包兑换。
  • 并发请求和并发连接
    • 并发请求：服务端的概念，有多个客户端连接服务器。
    • 并发连接：客户端的概念，一个浏览器并发多个连接，访问服务器（有可能是一个用户）。