# 4.15 TCP Keepalive 和 HTTP Keep-Alive 是一个东西吗?

大家好,我是小林。

之前有读者问了我这么个问题:

在这里插入图片描述

大致问题是,TCP 的 Keepalive 和 HTTP 的 Keep-Alive 是一个东西吗?

这是个好问题,应该有不少人都会搞混,因为这两个东西看上去太像了,很容易误以为是同一个东西。

事实上,这两个完全是两样不同东西,实现的层面也不同:

  • HTTP 的 Keep-Alive,是由应用层(用户态) 实现的,称为 HTTP 长连接;
  • TCP 的 Keepalive,是由 TCP 层(内核态) 实现的,称为 TCP 保活机制;

接下来,分别说说它们。

# HTTP 的 Keep-Alive

HTTP 协议采用的是「请求-应答」的模式,也就是客户端发起了请求,服务端才会返回响应,一来一回这样子。

请求-应答

由于 HTTP 是基于 TCP 传输协议实现的,客户端与服务端要进行 HTTP 通信前,需要先建立 TCP 连接,然后客户端发送 HTTP 请求,服务端收到后就返回响应,至此「请求-应答」的模式就完成了,随后就会释放 TCP 连接。

一个 HTTP 请求

如果每次请求都要经历这样的过程:建立 TCP -> 请求资源 -> 响应资源 -> 释放连接,那么此方式就是 HTTP 短连接,如下图:

HTTP 短连接

这样实在太累人了,一次连接只能请求一次资源。

能不能在第一个 HTTP 请求完后,先不断开 TCP 连接,让后续的 HTTP 请求继续使用此连接?

当然可以,HTTP 的 Keep-Alive 就是实现了这个功能,可以使用同一个 TCP 连接来发送和接收多个 HTTP 请求/应答,避免了连接建立和释放的开销,这个方法称为 HTTP 长连接

HTTP 长连接

HTTP 长连接的特点是,只要任意一端没有明确提出断开连接,则保持 TCP 连接状态。

怎么才能使用 HTTP 的 Keep-Alive 功能?

在 HTTP 1.0 中默认是关闭的,如果浏览器要开启 Keep-Alive,它必须在请求的包头中添加:

Connection: Keep-Alive

然后当服务器收到请求,作出回应的时候,它也添加一个头在响应中:

Connection: Keep-Alive

这样做,连接就不会中断,而是保持连接。当客户端发送另一个请求时,它会使用同一个连接。这一直继续到客户端或服务器端提出断开连接。

从 HTTP 1.1 开始, 就默认是开启了 Keep-Alive,如果要关闭 Keep-Alive,需要在 HTTP 请求的包头里添加:

Connection:close

现在大多数浏览器都默认是使用 HTTP/1.1,所以 Keep-Alive 都是默认打开的。一旦客户端和服务端达成协议,那么长连接就建立好了。

HTTP 长连接不仅仅减少了 TCP 连接资源的开销,而且这给 HTTP 流水线技术提供了可实现的基础。

所谓的 HTTP 流水线,是客户端可以先一次性发送多个请求,而在发送过程中不需先等待服务器的回应,可以减少整体的响应时间。

举例来说,客户端需要请求两个资源。以前的做法是,在同一个 TCP 连接里面,先发送 A 请求,然后等待服务器做出回应,收到后再发出 B 请求。HTTP 流水线机制则允许客户端同时发出 A 请求和 B 请求。

右边为 HTTP 流水线机制

但是服务器还是按照顺序响应,先回应 A 请求,完成后再回应 B 请求。

而且要等服务器响应完客户端第一批发送的请求后,客户端才能发出下一批的请求,也就说如果服务器响应的过程发生了阻塞,那么客户端就无法发出下一批的请求,此时就造成了「队头阻塞」的问题。

可能有的同学会问,如果使用了 HTTP 长连接,如果客户端完成一个 HTTP 请求后,就不再发起新的请求,此时这个 TCP 连接一直占用着不是挺浪费资源的吗?

对没错,所以为了避免资源浪费的情况,web 服务软件一般都会提供 keepalive_timeout 参数,用来指定 HTTP 长连接的超时时间。

比如设置了 HTTP 长连接的超时时间是 60 秒,web 服务软件就会启动一个定时器,如果客户端在完后一个 HTTP 请求后,在 60 秒内都没有再发起新的请求,定时器的时间一到,就会触发回调函数来释放该连接。

HTTP 长连接超时

# TCP 的 Keepalive

TCP 的 Keepalive 这东西其实就是 TCP 的保活机制,它的工作原理我之前的文章写过,这里就直接贴下以前的内容。

如果两端的 TCP 连接一直没有数据交互,达到了触发 TCP 保活机制的条件,那么内核里的 TCP 协议栈就会发送探测报文。

  • 如果对端程序是正常工作的。当 TCP 保活的探测报文发送给对端, 对端会正常响应,这样 TCP 保活时间会被重置,等待下一个 TCP 保活时间的到来。
  • 如果对端主机崩溃,或对端由于其他原因导致报文不可达。当 TCP 保活的探测报文发送给对端后,石沉大海,没有响应,连续几次,达到保活探测次数后,TCP 会报告该 TCP 连接已经死亡

所以,TCP 保活机制可以在双方没有数据交互的情况,通过探测报文,来确定对方的 TCP 连接是否存活,这个工作是在内核完成的。

TCP 保活机制

注意,应用程序若想使用 TCP 保活机制需要通过 socket 接口设置 SO_KEEPALIVE 选项才能够生效,如果没有设置,那么就无法使用 TCP 保活机制。

# 总结

HTTP 的 Keep-Alive 也叫 HTTP 长连接,该功能是由「应用程序」实现的,可以使得用同一个 TCP 连接来发送和接收多个 HTTP 请求/应答,减少了 HTTP 短连接带来的多次 TCP 连接建立和释放的开销。

TCP 的 Keepalive 也叫 TCP 保活机制,该功能是由「内核」实现的,当客户端和服务端长达一定时间没有进行数据交互时,内核为了确保该连接是否还有效,就会发送探测报文,来检测对方是否还在线,然后来决定是否要关闭该连接。


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上次更新: 8/1/2022, 11:48:34 AM