1、從文中找出我的IP

2、http請求中是客服端還是服務端主動關閉的tcp連接？
請閱讀到最后的彩蛋部分

HTTP和TCP都是老生常談的知識點，本文不進行鋪開贅述。我們可能在HTTP和TCP中都聽說“長連接”的說法，也聽過HTTP中有keep-alive，TCP中有keepalive。那么，HTTP和TCP的長連接有何區別？HTTP中的keep-alive和TCP中keepalive又有什么區別？

Tips：HTTP中是keep-alive，TCP中是keepalive，HTTP中是帶中劃線的。大小寫無所謂。

一、簡介

上面是我先前做TCP協議分享時整理的一張表格，從上面可以看出：不管是在OSI七層網絡模型還是在TCP/IP五層網絡模型中，TCP是傳輸層的一種協議，而HTTP是應用層的一種協議。

HTTP和TCP的理論和實現還是相當復雜的，下面只簡單介紹和本文主題相關的知識點。

1.1、TCP協議簡介

TCP協議也叫傳輸控制協議（TCP，Transmission Control Protocol）是一種面向連接的、可靠的、基于字節流的傳輸層通信協議。使用TCP的兩個程序（客戶端和服務端）在交換數據前，通過三次握手來建立TCP連接，建立連接后就可以進行基于字節流的雙工通訊，由TCP內部實現保證通訊的可靠性，完全通訊完成后，通過四次揮手斷開連接。

在客戶端和服務端間的網絡一切正常、且雙方都沒主動發起關閉連接的請求時，此TCP連接理論上可以永久保持。但是，網絡情況是及其復雜的，在雙方長時間未通訊時，如何得知對方還活著？如何得知這個TCP連接是健康且具有通訊能力的？

1.2、HTTP協議簡介

HTTP協議是Hyper Text Transfer Protocol（超文本傳輸協議）的縮寫。HTTP是萬維網的數據通信的基礎。HTTP是一個應用層協議，通常運行在TCP協議之上。它由請求和響應構成，是一個標準的客戶端服務器模型（C/S模型）。HTTP是一個無狀態的協議。

無狀態怎么解釋？HTTP協議永遠都是客戶端發起請求，服務器回送響應。每次連接只處理一個請求，當服務器返回本次請求的應答后便立即關閉連接，下次請求客戶端再重新建立連接。也就無法實現在客戶端沒有發起請求的時候，服務器主動將消息推送給客戶端。

HTTP協議運行在TCP協議之上，它無狀態會導致客戶端的每次請求都需要重新建立TCP連接，接受到服務端響應后，斷開TCP連接。對于每次建立、斷開TCP連接，還是有相當的性能損耗的。那么，如何才能盡可能的減少性能損耗呢？

二、TCP keepalive

2.1、簡介

正如上面提出的問題：在雙方長時間未通訊時，如何得知對方還活著？如何得知這個TCP連接是健康且具有通訊能力的？

TCP的保活機制就是用來解決此類問題，這個機制我們也可以稱作：keepalive。保活機制默認是關閉的，TCP連接的任何一方都可打開此功能。有三個主要配置參數用來控制保活功能。

如果在一段時間（保活時間：tcp_keepalive_time）內此連接都不活躍，開啟保活功能的一端會向對端發送一個保活探測報文。

• 若對端正常存活，且連接有效，對端必然能收到探測報文并進行響應。此時，發送端收到響應報文則證明TCP連接正常，重置保活時間計數器即可。
• 若由于網絡原因或其他原因導致，發送端無法正常收到保活探測報文的響應。那么在一定**探測時間間隔（tcp_keepalive_intvl）后，將繼續發送保活探測報文。直到收到對端的響應，或者達到配置的探測循環次數上限（tcp_keepalive_probes）**都沒有收到對端響應，這時對端會被認為不可達，TCP連接隨存在但已失效，需要將連接做中斷處理。

在探測過程中，對端主機會處于以下四種狀態之一：

2.2、實驗

這里，強烈推薦《TCP/IP詳解 卷1:協議》的第二版（這里一定是第二版）， 第17章：TCP保活機制。這里建議17章都看，17.1和17.2小節就涵蓋了我上面介紹的內容。

17.2.1 小節中還通過實驗的方式詳細驗證了“對端主機會處于以下四種狀態”以及對于這四種狀態TCP都是如何去處理。

這本書中的實驗已經比較通俗易懂了，我暫且沒有親自動手去模擬實踐，后續時間充足，會親自動手進行實驗。

2.3、擴展

上面提到了三個參數保活時間：tcp_keepalive_time、探測時間間隔：tcp_keepalive_intvl、探測循環次數：tcp_keepalive_probes。

這三個參數，在linux上可以在/proc/sys/net/ipv4/路徑下找到，或者通過sysctl -a | grep keepalive命令查看當前內核運行參數

[root@vm01 ~]# cd /proc/sys/net/ipv4 [root@vm01 ipv4]# pwd /proc/sys/net/ipv4 [root@vm01 ipv4]# cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_time 7200 [root@vm01 ipv4]# cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_probes 9 [root@vm01 ipv4]# cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_intvl 75 [root@vm01 ipv4]# sysctl -a | grep keepalive net.ipv4.tcp_keepalive_time = 7200 net.ipv4.tcp_keepalive_probes = 9 net.ipv4.tcp_keepalive_intvl = 75

• 保活時間（tcp_keepalive_time）默認：7200秒
• 保活時間間隔（tcp_keepalive_intvl）默認：75秒
• 探測循環次數（tcp_keepalive_probes）默認：9次

也就是默認情況下一條TCP連接在2小時（7200秒）都沒有報文交換后，會開始進行保活探測，若再經過9*75秒=11分鐘15秒的循環探測都未收到探測響應，即共計：2小時11分鐘15秒后會自動斷開TCP連接。

別走開，還有一個騷操作

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Linux平臺下我們還可以借助man命令查看TCP協議的一些描述和參數定義。下面兩個命令的效果相同：

• 命令一：man tcp
• 命令二：man 7 tcp

7的含義是：man命令使用手冊共9章，TCP的幫助手冊位于第7章。不知道在第幾章也無所謂，使用man tcp也可，彈出的手冊左上角也有寫第幾章。(man ls等同于man 1 ls、man ip等同于man 8 ip，可以自己嘗試使用 )。

下面我們看下man tcp下的和我們本文有關的幾個點：

上面介紹的三個參數tcp_keepalive_time、tcp_keepalive_intvl、tcp_keepalive_probes都是系統級別的，針對整個系統生效。下面介紹針對單條Socket連接細粒度設置的三個選項參數：保活時間：TCP_KEEPIDLE、保活探測時間間隔：TCP_KEEPINTVL、探測循環次數：TCP_KEEPCNT

在我們的Netty的框架中可以看到針對Socket選項的配置，如使用epoll的IO模型中EpollSocketChannelConfig類中的配置：

更多細節，等你挖掘。

三、HTTP keep-alive

3.1、簡介

HTTP協議簡介中提到http協議是一個運行在TCP協議之上的無狀態的應用層協議。它的特點是：客戶端的每一次請求都要和服務端創建TCP連接，服務器響應后，斷開TCP連接。下次客戶端再有請求，則重新建立連接。

在早期的http1.0中，默認就是上述介紹的這種“請求-應答”模式。這種方式頻繁的創建連接和銷毀連接無疑是有一定性能損耗的。

所以引入了keep-alive機制。http1.0默認是關閉的，通過http請求頭設置“connection: keep-alive”進行開啟；http1.1中默認開啟，通過http請求頭設置“connection: close”關閉。

keep-alive機制：若開啟后，在一次http請求中，服務器進行響應后，不再直接斷開TCP連接，而是將TCP連接維持一段時間。在這段時間內，如果同一客戶端再次向服務端發起http請求，便可以復用此TCP連接，向服務端發起請求，并重置timeout時間計數器，在接下來一段時間內還可以繼續復用。這樣無疑省略了反復創建和銷毀TCP連接的損耗。

3.2、實驗

下面用兩組實驗證明HTTP keep-alive的存在。

實驗工具：Wireshark

客戶端IP：*.*.3.52

服務端IP：*.*.17.254

3.2.1、實驗一：禁用keep-alive的http請求

從上圖請求列表區中，我們可以發現：

• 106、107、108三個請求是TCP建立連接三次握手的請求
• 109、110兩個請求分別是：http的請求報文和http的響應報文
• 111、112、120、121這四個請求是TCP斷開連接四次揮手的請求

（由于一臺機器上網絡請求較多，我加了篩選條件，僅顯示客戶端和服務端通信的網絡請求，所以請求的序號是不連續的）

從上圖中間的請求數據解析區，可以確定：此次http請求的請求頭中有“Connection: close”，即keep-alive是關閉的。

結論：禁用keep-alive的http請求時，會先建立TCP連接，然后發送報文、響應報文、最后斷開TCP連接。

3.2.2、實驗二：啟用keep-alive的http請求

這次實驗請求較多，一張圖放不下，兩張圖是連續的，圖1的第二塊綠色區域和圖2的第一塊綠色區域是重疊的（注意看第一列的No.編號）

先說下我的操作：

開啟keep-alive前提下發起第一次http請求

7秒左右時，同樣的機器同樣的http請求，再重新調用一次

我們根據圖中抓包，分析下網絡請求：

• 197、198、199請求：三次握手建立TCP建立連接
• 200、203請求：http的請求報文和http的響應報文
• 212請求：可以通過Protocol列看到它是一條TCP報文。我的理解是：在keep-alive這種機制下，客戶端收到服務端響應報文后，需要告知服務端“已收到”。由于要復用TCP連接，所以會多一層保障機制，類似TCP的握手和揮手
• 459-1965請求（圖1中的第一塊黑色區域中）：6秒內（第二列代表Time），每隔1秒，發生一對TCP請求的來回，用來維護TCP連接的可用性。保證和等待該TCP連接被復用
• 1743、1744、1745、1755請求：其中的1743和1745是我第二次發起http請求的請求報文和響應報文。1744請求是：客戶端發起請求時，服務端先回復客戶端“已收到，馬上處理”。緊接著1745將結果響應給客戶端。1755則是客戶端收到響應后，回復服務端“已收到響應，多謝”。
• 2028-3903請求：10秒內，每隔1秒，發生一對TCP請求的來回，用來維護TCP連接的可用性。保證和等待該TCP連接被復用
• 4127-4131請求：10秒內我沒再發起http請求，四次揮手斷開TCP連接。長時間沒被復用，也沒必要一直維持下去，浪費資源，還可能造成網絡擁堵。

注意：10秒無請求，TCP連接在斷開，10秒也不是默認的，只是環境的配置。是Httpd守護進程，提供的keep-alive timeout時間設置參數。比如nginx的keepalive_timeout，和Apache的KeepAliveTimeout。

3.3、擴展

其實對于HTTP keep-alive機制可以總結為上圖所示。

啟用HTTP keep-Alive的優缺點：

優點：keep-alive機制避免了頻繁建立和銷毀連接的開銷。 同時，減少服務端TIME_WAIT狀態的TCP連接的數量(因為由服務端進程主動關閉連接)

缺點：若keep-alive timeout設置的時間較長，長時間的TCP連接維持，會一定程度的浪費系統資源。

總體而言，HTTP keep-Alive的機制還是利大于弊的，只要合理使用、配置合理的timeout參數。

四、總結

回到文章開頭提出的問題：HTTP和TCP的長連接有何區別？HTTP中的keep-alive和TCP中keepalive又有什么區別？

1、TCP連接往往就是我們廣義理解上的長連接，因為它具備雙端連續收發報文的能力；開啟了keep-alive的HTTP連接，也是一種長連接，但是它由于協議本身的限制，服務端無法主動發起應用報文。

2、TCP中的keepalive是用來保鮮、保活的；HTTP中的keep-alive機制主要為了讓支撐它的TCP連接活的的更久，所以通常又叫做：HTTP persistent connection（持久連接） 和 HTTP connection reuse（連接重用）。

五、彩蛋

彩蛋一

你能從文中找出我在HTTP keep-alive實驗中客戶端和服務端的完整IP嗎？

如能找出，說明對網絡協議的了解已爐火純青。

彩蛋二

在HTTP請求中，到底是「服務端」還是「客戶端」主動關閉連接呢？

看到過很多文章，有人說服務端、有人說客戶端、有人說分情況（keep-alive的開啟與否）既可能是客戶端也可能是服務端。你信誰？最后翻來覆去發現各個網站的各種文章基本類似，只有觀點，沒有論據。

HTTP keep-alive章節的實驗結果：無論開啟keep-alive與否，最終由服務端主動斷開TCP連接。

但是我給出問題的答案是：通常由服務端主動關閉連接。沒有寫“肯定由服務端主動關閉連接”的原因是，我沒遇到客戶端主動關閉連接的場景，并不代表沒有。網絡和協議博大精深，等待我們繼續去探索。

彩蛋三

Wireshark是一款功能強大的網絡封包分析可視化軟件。《TCP/IP詳解 卷1:協議》第二版相比第一版，書中的抓包工具也將tcpdump改為****Wireshark。****

個人觀點：《TCP/IP詳解 卷1:協議》第一版和第二版結合起來看效果更好。第一版的TCP阻塞控制將的更通俗易懂，第二版的TCP保活機制講的更清晰。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的HTTP keep-alive和TCP keepalive的区别，你了解吗？的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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