长连接/短连接应用场景

唠叨:最近一段时间听到同事们在讨论长连接和短连接,然而无巧不成书,回到家中恰好有几个朋友也问我长连接和短连接什么时候适用,所以就孕育了这篇文章。(欢迎好友们纠错)

  长连接适用于操作频繁/点对点通讯等连接数不太多的情况,如:一些游戏/即时通讯场景应该使用长连接;如:老师端和学生端的即时通讯教学软件; 最经典的案例是:数据库使用的连接(如果使用短连接会造成Socket错误

)。ps:每个TCP连接都需要三步握手(时间),每个操作必须先连接->再操作处理速度会降低,而且每个操作用完不断开,当次处理时直接用通道发送数据包,不在建立TCP连接。

  短连接适用于Web【wapWeb/H5等】的http服务,长连接对于服务端来说会耗费一定资源。对于电子商务Web的访问量可能是千万级别甚至亿万级别的。如果使用长连接的方式 当一万个用户访问时会占用一万个连接,假设服务器站点(IIS等)的通信吞吐量只有1千个,那么另外九千人就彻底挂啦,所以并发量大且用户不需要频繁的交互式操作时 用短连接为上策。

 1.长连接和短连接的基本概念


长连接可以理解为整个通讯的过程。例如:client和server只用一个Socket,从而保持长期的通讯连接;

短链接可以理解为每次client向Socket发送请求都会新建一个Socket,当处理完一个请求时就直接关闭掉Socket;

区分长/短连接:整个客户端和服务端的通讯过程是利用一个Socket还是多个Socket进行的。

    ps:

关闭流/关闭Socket进行区分长连接和短连接?关闭流了,就不能进行消息的发送/接收(关闭输出流/关闭输入流)。如果对应的流(输入/输出)都关闭了,那么对应的消息通道连接必然关闭。综合以上总结为:流关闭而保持Socket开启,是没有达到长连接的效果(不服自己贴出测试代码让我们看看)

2.再说http的长连接和短连接

 2.1 http的长连接和短连接实际上是TCP的长连接和短连接。

http是一个轻量级的超文本传输协议主要负责网络层(IP协议)和传输层(TCP协议)。

IP协议主要负责寻址和分段以及网络路由(网络连接 信息导通)。

TCP协议(面向连接)主要负责在IP层之上传递可靠的数据包,从而保证在网络另一端能接受的发出端的所有数据包。

 2.2   http协议是无状态的

本协议对于事物处理没有记忆能力,Server永远不知道client的状态。当我浏览server的网页时,那么 我之前浏览server的网页和这次浏览的网页本身之间没有任何联系。

可以定义http协议是一个无状态的面向连接协议,值得一提的是:http无状态并不代表不能保持TCP连接 也不能代表使用的是无连接的UDP协议。

   2.3 http的长/短连接是什么?

  http 1.0默认使用的是短连接。当client请求Server会建立一次连接,用完中断连接。client访问的html中有js文件/图像文件/css等,那么client会建立一个http会话。

http 1.1以后默认使用的是长连接。主要解决保持连接的特性。如果使用长连接的http协议,则在请求响应头加入代码:

Connection:keep-alive,那么client与Server之间用于传输http数据的TCP连接不会关闭 以便于再次访问时会使用这一次建立的连接。但要记住Keep-Aive不是永久的保持连接,这个时间可以在服务器软件中进行设定(Apache)。

3.TCP连接(引用别人的一段解释)

      3.1 TCP连接

当网络通信时采用TCP协议时,在真正的读写操作之前,server与client之间必须建立一个连接,当读写操作完成后,双方不再需要这个连接 时它们可以释放这个连接,连接的建立是需要三次握手的,而释放则需要四次握手,所以说每个连接的建立都是需要资源消耗和时间消耗的。

三次握手和关闭四次握手示意

长连接/短连接应用场景_第1张图片


简单端口示意图

长连接/短连接应用场景_第2张图片

Server端具体过程

长连接/短连接应用场景_第3张图片

client具体过程

长连接/短连接应用场景_第4张图片

    3.2 TCP短连接

  我们模拟一下TCP短连接的情况,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

3.3 TCP长连接

  接下来我们再模拟一下长连接的情况,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。


3.4长连接短连接操作过程

短连接的操作步骤是:建立连接——数据传输——关闭连接...建立连接——数据传输——关闭连接长连接的操作步骤是:建立连接——数据传输...(保持连接)...数据传输——关闭连接


4. 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。



5. 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,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。

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