HttpClient 连接池管理

随着微服务的流行，服务之间的http调用越来越多。在java里面我们可以使用httpclient这个开源工具类来进行处理，但若使用不当，可能性能会比较差，尤其是连接池是否能正常使用。接下来会详细分析下httpclient的连接池原理。

1. 使用httpclient的好处

1)、降低延迟：如果不采用连接池，每次连接发起Http请求的时候都会重新建立TCP连接(经历3次握手)，用完就会关闭连接(4次挥手)，如果采用连接池则减少了这部分时间损耗。
2)、支持更大的并发：如果不采用连接池，每次连接都会打开一个端口，在大并发的情况下系统的端口资源很快就会被用完，导致无法建立新的连接。采用连接池来管理长连接，可以复用之前的连接，而我们使用httpclient，有可能是两个集群之间调用，也就是有限的机器之间进行调用。这样复用连接池，能有效的节约资源。

2. 长连接和短连接

因为httpclient连接池都是管理的基于长连接的socket连接。所以介绍下长连接和短连接的区别。首先需要说下http keep-alive与tcp keep-alive和区别，http keep-alive与tcp keep-alive，不是同一回事，意图不一样。http keep-alive是为了让tcp活得更久一点，以便在同一个连接上传送多个http，提高socket的效率。而tcp keep-alive是TCP的一种检测TCP连接状况的保鲜机制。tcp keep-alive保鲜定时器，支持三个系统内核配置参数：

   echo 1800 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_time
echo 15 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_intvl
echo 5 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_probes

keepalive是TCP保鲜定时器，当网络两端建立了TCP连接之后，闲置idle（双方没有任何数据流发送往来）了tcp_keepalive_time后，服务器内核就会尝试向客户端发送侦测包，来判断TCP连接状况(有可能客户端崩溃、强制关闭了应用、主机不可达等等)。如果没有收到对方的回答(ack包)，则会在 tcp_keepalive_intvl后再次尝试发送侦测包，直到收到对对方的ack,如果一直没有收到对方的ack,一共会尝试 tcp_keepalive_probes次，每次的间隔时间在这里分别是15s, 30s, 45s, 60s, 75s。如果尝试tcp_keepalive_probes,依然没有收到对方的ack包，则会丢弃该TCP连接。TCP连接默认闲置时间是2小时，一般设置为30分钟足够了。
在httpclient中管理http层 keep-alive，创建连接并获得请求结果后，会对该连接设置长连接策略，如在MinimalClientExec.java类中，

   httpProcessor.process(request, context);
            final HttpResponse response = requestExecutor.execute(request, managedConn, context);
            httpProcessor.process(response, context);

            // The connection is in or can be brought to a re-usable state.
            if (reuseStrategy.keepAlive(response, context)) {
                // Set the idle duration of this connection
                final long duration = keepAliveStrategy.getKeepAliveDuration(response, context);
                releaseTrigger.setValidFor(duration, TimeUnit.MILLISECONDS); // 如果是长连接，此处设置过期时间。
                releaseTrigger.markReusable();
            } else {
                releaseTrigger.markNonReusable();
            }

在看看默认的长连接设置策略:

   public class DefaultConnectionKeepAliveStrategy implements ConnectionKeepAliveStrategy {

    public static final DefaultConnectionKeepAliveStrategy INSTANCE = new DefaultConnectionKeepAliveStrategy();

    public long getKeepAliveDuration(final HttpResponse response, final HttpContext context) {
        Args.notNull(response, "HTTP response");
        final HeaderElementIterator it = new BasicHeaderElementIterator(
                response.headerIterator(HTTP.CONN_KEEP_ALIVE));
        while (it.hasNext()) {
            final HeaderElement he = it.nextElement();
            final String param = he.getName();
            final String value = he.getValue();
            if (value != null && param.equalsIgnoreCase("timeout")) {
                try {
                    return Long.parseLong(value) * 1000; // 默认返回的是1S
                } catch(final NumberFormatException ignore) {
                }
            }
        }
        return -1;
    }

}

当然也可以自己实现ConnectionKeepAliveStrategy类，来实现自己的长连接策略。

   ConnectionKeepAliveStrategy myStrategy = new ConnectionKeepAliveStrategy() {
    public long getKeepAliveDuration(HttpResponse response, HttpContext context) {
        // Honor 'keep-alive' header
        HeaderElementIterator it = new BasicHeaderElementIterator(
                response.headerIterator(HTTP.CONN_KEEP_ALIVE));
        while (it.hasNext()) {
            HeaderElement he = it.nextElement();
            String param = he.getName();
            String value = he.getValue();
            if (value != null && param.equalsIgnoreCase("timeout")) {
                try {
                    return Long.parseLong(value) * 1000;
                } catch(NumberFormatException ignore) {
                }
            }
        }
        HttpHost target = (HttpHost) context.getAttribute(
                HttpClientContext.HTTP_TARGET_HOST);
                // 对特定的域名进行长连接设置
        if ("www.baidu.com".equalsIgnoreCase(target.getHostName())) {
            // Keep alive for 5 seconds only
            return 5 * 1000;
        } else {
            // otherwise keep alive for 30 seconds
            return 30 * 1000;
        }
    }
};
CloseableHttpClient client = HttpClients.custom()
        .setKeepAliveStrategy(myStrategy)// 设置为自己定义的长连接策略
        .build();

3. Httpclient连接池原理
连接池的结构如下：

其中CPoolEntry是连接实体，leased代表被占用的连接集合，avaliabled代表可用的连接的集合，pending代表阻塞状态的连接。外层的leased，avaliabled，pending是全局的，用来限制全局的数量，里面有各个小的routeToPool，对应不同的server机器。
从连接池获取可用连接的过程为：
   1). 每个server对应一个routeToPool，从对应的routeToPool中获取可用的连接，有则返回该连接。若没有则转入下一步。
   2). 若routeToPool和外层CPool连接池均还有可用的空间，则新建连接，并将该连接作为可用连接返回；否则进行下一步
   3). 将当前请求放入pending队列，等待执行。
   4). 上述过程中会判断各种条件是否满足，比如不能超过我们设置的总连接数等。

CPool继承的基类：AbstractConnPool，其代码结构如下

      public abstract class AbstractConnPool>  
                                                   implements ConnPool, ConnPoolControl {  

        private final Lock lock;  
        private final ConnFactory connFactory;  
        private final Map> routeToPool;  //路由和连接之间的对应关系
        private final Set leased;  // 被占用的连接
        private final LinkedList available;  // 可用连接
        private final LinkedList> pending;  
        private final Map maxPerRoute;  

        private volatile boolean isShutDown;  
        private volatile int defaultMaxPerRoute;  
        private volatile int maxTotal;  
        private volatile int validateAfterInactivity;

从上述代码可以看出CPoolEntry便是线程池里面的一个个元素，CPool里面包含routeToPool这个小的线程池，routeToPool里面都是相对于一个固定的HttpRoute(也可以说到一个固定的机器地址)所建立的所有连接。

4. HttpClient参数配置
HttpClient有多个参数可以配置，比如:
PoolingClientConnectionManager conMgr = new PoolingClientConnectionManager();
conMgr.setMaxTotal(200); //设置整个连接池最大连接数,每个routeToPool的大小加起来不能超过maxTotal的值。
conMgr.setDefaultMaxPerRoute(20);//这个便是设置的routeToPool线程池的大小。
还可以设置请求超时时间，socket等待数据超时时间，从连接池获取不到数据时的等待时间。

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通过以上分析可知，通过合理的设置连接池的长连接策略，连接池的大小，以及一些连接相关的参数，能有效的提高系统的并发量。HttpClient的其它一些特性诸如自动管理cookie,支持HTTPS协议，以可扩展的面向对象的结构实现了http的全部方法等，增加了易用性和灵活性，也方便了我们的使用。