HTTP协议与TCP/IP协议的关系
HTTP的长连接和短连接本质上是TCP长连接和短连接。
HTTP属于应用层协议,在传输层使用TCP协议,在网络层使用IP协议。
IP协议主要解决网络路由和寻址问题,TCP协议主要解决如何在IP层之上可靠的传递数据包,使在网络上的另一端收到发端发出的所有包,并且顺序与发出顺序一致。
TCP有可靠,面向连接的特点。
如何理解HTTP协议是无状态的
HTTP协议是无状态的,指的是协议对于事务处理没有记忆能力,服务器不知道客户端是什么状态。也就是说,打开一个服务器上的网页和你之前打开这个服务器上的网页之间没有任何联系。HTTP是一个无状态的面向连接的协议,无状态不代表HTTP不能保持TCP连接,更不能代表HTTP使用的是UDP协议(无连接)。
什么是长连接、短连接?
在HTTP/1.0中,默认使用的是短连接。也就是说浏览器和服务器每进行一次HTTP操作,就建立一次连接,但任务结束就中断连接。如果客户端浏览器访问的某个HTML或其他类型的 Web页中包含有其他的Web资源,如JavaScript文件、图像文件、CSS文件等;当浏览器每遇到这样一个Web资源,就会建立一个HTTP会话。
但从 HTTP/1.1起,默认使用长连接,用以保持连接特性,把多个 HTTP 请求合并为一个。使用长连接的HTTP协议,会在响应头有加入这行代码:
Connection:keep-alive
在使用长连接的情况下,当一个网页打开完成后,客户端和服务器之间用于传输HTTP数据的 TCP连接不会关闭,如果客户端再次访问这个服务器上的网页,会继续使用这一条已经建立的连接。
也就是说,在一次 TCP 连接中可以完成多个 HTTP 请求,但是对每个请求仍然要单独发 header。
Keep-Alive不会永久保持连接,它有一个保持时间,可以在不同的服务器软件(如Apache)中设定这个时间。实现长连接要客户端和服务端都支持长连接。
HTTP协议的长连接和短连接,实质上是TCP协议的长连接和短连接。
HTTP1.1通过使用Connection:keep-alive进行长连接,默认进行持久连接,。
TCP连接
TCP连接的建立是需要三次握手的,而释放则需要4次握手,所以说每个连接的建立都是需要资源消耗和时间消耗的。
TCP短连接
client向server发起连接请求,server接到请求,然后双方建立连接。
client向server 发送消息,server回应client,然后一次读写就完成了,这时候双方任何一个都可以发起close操作,不过一般都是client先发起 close操作。
为什么呢,一般的server不会回复完client后立即关闭连接的,当然不排除有特殊的情况。
从上面的描述看,短连接一般只会在 client/server间传递一次读写操作。
短连接的优点是:管理起来比较简单,存在的连接都是有用的连接,不需要额外的控制手段。
短连接:建立连接——数据传输——关闭连接 ... 建立连接——数据传输——关闭连接
TCP长连接
client向server发起连接,server接受client连接,双方建立连接。Client与server完成一次读写之后,它们之间的连接并不会主动关闭,后续的读写操作会继续使用这个连接。
首先说一下TCP/IP详解上讲到的TCP保活功能,保活功能主要为服务器应用提供,服务器应用希望知道客户主机是否崩溃,从而可以代表客户使用资源。如果客户已经消失,使得服务器上保留一个半开放的连接,而服务器又在等待来自客户端的数据,则服务器将应远等待客户端的数据,保活功能就是试图在服务器端检测到这种半开放的连接。
如果一个给定的连接在两小时内没有任何的动作,则服务器就向客户发一个探测报文段,客户主机必须处于以下4个状态之一:
- 客户主机依然正常运行,并从服务器可达。客户的TCP响应正常,而服务器也知道对方是正常的,服务器在两小时后将保活定时器复位。
- 客户主机已经崩溃,并且关闭或者正在重新启动。在任何一种情况下,客户的TCP都没有响应。服务端将不能收到对探测的响应,并在75秒后超时。服务器总共发送10个这样的探测 ,每个间隔75秒。如果服务器没有收到一个响应,它就认为客户主机已经关闭并终止连接。
- 客户主机崩溃并已经重新启动。服务器将收到一个对其保活探测的响应,这个响应是一个复位,使得服务器终止这个连接。
- 客户机正常运行,但是服务器不可达,这种情况与2类似,TCP能发现的就是没有收到探查的响应。
长连接:建立连接——数据传输 ...(保持连接)...数据传输——关闭连接
长连接和短连接的优点和缺点
由上可以看出,长连接可以省去较多的TCP建立和关闭的操作,减少浪费,节约时间。
对于频繁请求资源的客户来说,较适用长连接。
不过这里存在一个问题,存活功能的探测周期太长,还有就是它只是探测TCP连接的存活,属于比较斯文的做法,遇到恶意的连接时,保活功能就不够使了。在长连接的应用场景下,client端一般不会主动关闭它们之间的连接,Client与server之间的连接如果一直不关闭的话,会存在一个问题,随着客户端连接越来越多,server早晚有扛不住的时候,这时候server端需要采取一些策略,如关闭一些长时间没有读写事件发生的连接,这样可以避免一些恶意连接导致server端服务受损;如果条件再允许就可以以客户端机器为颗粒度,限制每个客户端的最大长连接数,这样可以完全避免某个蛋疼的客户端连累后端服务。
短连接对于服务器来说管理较为简单,存在的连接都是有用的连接,不需要额外的控制手段。但如果客户请求频繁,将在TCP的建立和关闭操作上浪费时间和带宽。
长连接和短连接的产生在于client和server采取的关闭策略,具体的应用场景采用具体的策略,没有十全十美的选择,只有合适的选择。
什么时候用长连接,短连接?
长连接多用于操作频繁,点对点的通讯,而且连接数不能太多情况。
每个TCP连接都需要三步握手,这需要时间,如果每个操作都是先连接,再操作的话那么处理速度会降低很多,所以每个操作完后都不断开,下次处理时直接发送数据包就OK了,不用建立TCP连接。
例如:数据库的连接用长连接, 如果用短连接频繁的通信会造成socket错误,而且频繁的socket 创建也是对资源的浪费。
而像WEB网站的http服务一般都用短链接,因为长连接对于服务端来说会耗费一定的资源,而像WEB网站这么频繁的成千上万甚至上亿客户端的连接用短连接会更省一些资源,如果用长连接,而且同时有成千上万的用户,如果每个用户都占用一个连接的话,那可想而知吧。
所以并发量大,但每个用户无需频繁操作情况下需用短连好。
是不是只要设置Connection为keep-alive就算是长连接了?
当然是的,但要服务器和客户端都设置。
我们平时用的是不是长连接?
这个也毫无疑问,当然是的。(现在用的基本上都是HTTP1.1协议,你观察一下就会发现,基本上Connection都是keep-alive。而且HTTP协议文档上也提到了,HTTP1.1默认是长连接,也就是默认Connection的值就是keep-alive)
普通的Web应用,用长连接有啥好处?需不需要关掉长连接而使用短连接?
长连接情况下,多个HTTP请求可以复用同一个TCP连接,这就节省了很多TCP连接建立和断开的消耗。
比如你请求了博客园的一个网页,这个网页里肯定还包含了CSS、JS等等一系列资源,如果你是短连接(也就是每次都要重新建立TCP连接)的话,那你每打开一个网页,基本要建立几个甚至几十个TCP连接。
长连接并不是永久连接的。如果一段时间内(具体的时间长短,是可以在header当中进行设置的,也就是所谓的超时时间),这个连接没有HTTP请求发出的话,那么这个长连接就会被断掉。
长轮询和短轮询
短轮询Polling
定义:其实就是普通的轮询。指在特定的的时间间隔(如每1秒),由浏览器对服务器发出HTTP request,然后由服务器返回最新的数据给客户端的浏览器。
应用场景:传统的web通信模式。后台处理数据,需要一定时间,前端想要知道后端的处理结果,就要不定时的向后端发出请求以获得最新情况。
优点:前后端程序编写比较容易。
缺点:请求中有大半是无用,难于维护,浪费带宽和服务器资源;响应的结果没有顺序(因为是异步请求,当发送的请求没有返回结果的时候,后面的请求又被发送。而此时如果后面的请求比前面的请 求要先返回结果,那么当前面的请求返回结果数据时已经是过时无效的数据了)。
实例:适于小型应用。
长轮询Long Polling
定义:客户端向服务器发送Ajax请求,服务器接到请求后hold住连接,直到有新消息才返回响应信息并关闭连接,客户端处理完响应信息后再向服务器发送新的请求。
优点:在无消息的情况下不会频繁的请求,耗费资源小。
缺点:服务器hold连接会消耗资源,返回数据顺序无保证,难于管理维护。
实例:WebQQ、Hi网页版、Facebook IM。
长短轮询和长短连接的区别
第一个区别是决定的方式,一个TCP连接是否为长连接,是通过设置HTTP的Connection Header来决定的,而且是需要两边都设置才有效。而一种轮询方式是否为长轮询,是根据服务端的处理方式来决定的,与客户端没有关系。
第二个区别就是实现的方式,连接的长短是通过协议来规定和实现的。而轮询的长短,是服务器通过编程的方式手动挂起请求来实现的。
WebSocket
简介:
WebSocket 协议在2008年诞生,2011年成为国际标准。所有浏览器都已经支持了。
服务器可以主动向客户端推送信息,客户端也可以主动向服务器发送信息,是真正的双向平等对话,属于服务器推送技术的一种。
可以发送文本,也可以发送二进制数据。
协议标识符是ws
(如果加密,则为wss
),服务器网址就是 URL。
WebSocket是长连接,是一个真的全双工,第一次tcp链路建立以后,后续所有数据双方都主动发送,不需要发送请求头,与传统的 http 协议不同,该协议允许由服务器主动的向客户端推送信息。与HTTP长连接不同,websocket可以更灵活的控制连接关闭的时机,而不是HTTP协议的Keep-Alive一到,服务端立马就关闭。
优点:
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建立在 TCP 协议之上,服务器端的实现比较容易。
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与 HTTP 协议有着良好的兼容性。默认端口也是80和443,并且握手阶段采用 HTTP 协议,因此握手时不容易屏蔽,能通过各种 HTTP 代理服务器。
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数据格式比较轻量,性能开销小,通信高效。
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没有同源限制,客户端可以与任意服务器通信。
缺点:
- 使用 WebSocket 协议的缺点是在服务器端的配置比较复杂。