TCP keepalive 和 http keep-alive

keepalive机制

TCP keepalive

概念

在使用TCP长连接(复用已建立TCP连接)的场景下,需要对TCP连接进行保活,避免被网关干掉连接。
在应用层,可以通过定时发送心跳包的方式实现。而Linux已提供的TCP KEEPALIVE,在应用层可不关心心跳包何时发送、发送什么内容,由OS管理:OS会在该TCP连接上定时发送探测包,探测包既起到连接保活的作用,也能自动检测连接的有效性,并自动关闭无效连接

原理

建立TCP连接时,就有定时器与之绑定,其中的一些定时器就用于处理keepalive过程。当keepalive定时器到0的时候,便会给对端发送一个不包含数据部分的keepalive探测包(probe packet),如果收到了keepalive探测包的回复消息,那就可以断定连接依然是OK的。如果我们没有收到对端keepalive探测包的回复消息,我们便可以断定连接已经不可用,进而采取一些措施。但Keepalive会额外产生一些网络数据包外,这些包将加大网络流量,对路由器和防火墙造成一定的负担。

Linux设置

# cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_time
7200
# cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_intvl
75
# cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_probes
9

tcp_keepalive_time,在TCP保活打开的情况下,如果在该时间内没有数据往来,则发送探测包。即允许的持续空闲时长,或者说每次正常发送心跳的周期,默认值为7200s(2h)。
tcp_keepalive_probes 尝试探测的次数。如果发送的探测包次数超过该值仍然没有收到对方响应,则认为连接已失效并关闭连接。默认值为9(次)
tcp_keepalive_intvl,探测包发送间隔时间。默认值为75s。

Java/netty服务器如何使用

如基于netty 4服务器程序

serverBootstrap.option(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true);

更多细节

长连接环境为什么要保活

TCP连接被中间设备断开,客户端和服务端对此是得不到通知的。长连接的环境下,如IM服务,若某连接长时间没有数据交换,可能被丢弃。那一旦有数据需要传递,且此时连接已经被中介设备断开,应用程序没有及时感知的话,那么就会导致在一个无效的数据链路层面发送业务数据,结果就是发送失败。

TCP连接不活跃被干掉具体是什么

在三层地址转换中,我们可以保证局域网内主机向公网发出的IP报文能顺利到达目的主机,但是从目的主机返回的IP报文却不能准确送至指定局域网主机(我们不能让网关把IP报文广播至全部局域网主机,因为这样必然会带来安全和性能问题)。为了解决这个问题,网关路由器需要借助传输层端口,通常情况下是TCP或UDP端口,由此来生成一张传输层端口转换表
由于端口数量有限(0~65535),端口转换表的维护占用系统资源,因此不能无休止地向端口转换表中增加记录。对于过期的记录,网关需要将其删除。如何判断哪些是过期记录?网关认为,一段时间内无活动的连接是过期的,应定时检测转换表中的非活动连接,并将之丢弃
更多参考:https://blog.chionlab.moe/201...

Http keep-alive

在 HTTP 1.0 时期,每个 TCP 连接只会被一个 HTTP Transaction(请求加响应)使用,请求时建立,请求完成释放连接。当网页内容越来越复杂,包含大量图片、CSS 等资源之后,这种模式效率就显得太低了。所以,在 HTTP 1.1 中,引入了 HTTP persistent connection 的概念,也称为 HTTP keep-alive,目的是复用TCP连接,在一个TCP连接上进行多次的HTTP请求从而提高性能。

HTTP1.0中默认是关闭的,需要在HTTP头加入"Connection: Keep-Alive",才能启用Keep-Alive;HTTP1.1中默认启用Keep-Alive,加入"Connection: close ",才关闭。

区别

两者在写法上不同,http keep-alive 中间有个"-"符号。
HTTP协议的keep-alive 意图在于连接复用,同一个连接上串行方式传递请求-响应数据
TCP的keepalive机制意图在于保活、心跳,检测连接错误。

http连接池与keep-alive关系

连接池技术作为创建和管理连接的缓冲池技术,减少创建和销毁连接的开销,是对多个连接的生命周期管理。keep-alive强调的是一个http连接本身的复用机制。

总结

本文重点梳理了TCP keep alive概念和原理,并与http keep-alive对比区别,又引申出http连接池与keep-alive的关系,帮助理清基础概念。

参考

https://blog.chionlab.moe/201...
http://time-track.cn/tcp-keep...
http://www.blogjava.net/yongb...
http://www.cnblogs.com/zhanji...

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