TCP keepalive 和 http keep-alive 以及心跳保活

HTTP的长连接和短连接本质上是TCP长连接和短连接。

短连接
短连接，顾名思义，与长连接的区别就是，客户端收到服务端的响应后，立刻发送FIN消息，主动释放连接。也有服务端主动断连的情况，凡是在一次消息交互（发请求-收响应）之后立刻断开连接的情况都称为短连接。

长连接/http keep-alive
也叫持久连接，即一个TCP连接服务多次请求，在TCP层握手成功后，不立即断开连接，并在此连接的基础上进行多次消息（包括心跳）交互，直至连接的任意一方（客户端OR服务端）主动断开连接，此过程称为一次完整的长连接。

在HTTP/1.0中得到了初步的支持，客户端在请求header中携带Connection:Keep-Alive，即是在向服务端请求持久连接。如果服务端接受持久连接，则会在响应header中同样携带Connection: Keep-Alive，这样客户端便会继续使用同一个TCP连接发送接下来的若干请求。（Keep-Alive的默认参数是[timout=5, max=100]，即一个TCP连接可以服务至多5秒内的100次请求）

HTTP/1.1开始，即使请求header中没有携带Connection: Keep-Alive，传输也会默认以持久连接的方式进行，只有加入"Connection: close "后，才关闭。

http keepalive是客户端浏览器与服务端httpd守护进程协作的结果。

TCP中的KeepAlive
  TCP协议的实现中，提供了KeepAlive报文，用来探测连接的对端是否存活。在应用交互的过程中，可能存在以下几种情况：

客户端或服务器意外断电，死机，崩溃，重启；

中间网络已经中断，而客户端与服务器并不知道；

利用保活探测功能，可以探知这种对端的意外情况，从而保证在意外发生时，可以释放半打开的TCP连接。TCP保活报文交互过程如下：

image.png

有了TCP提供了KeepAlive机制, 为什么还需要应用层的心跳保活：

• (1) Keep Alive机制开启后，TCP层将在定时时间到后发送相应的KeepAlive探针以确定连接可用性。默认时间为7200s(两小时)，失败后重试10次，每次超时时间75s。显然默认值无法满足移动网络下的需求；

• (2) 即便修改了(1)中的默认值，也不能很好的满足业务需求。TCP的KeepAlive用于检测连接的死活而不能检测通讯双方的存活状态。比如某台服务器因为某些原因导致负载超高，无法响应任何业务请求，但是使用TCP探针则仍旧能够确定连接状态，这就是典型的连接活着但业务提供方已死的状态，对客户端而言，这时的最好选择就是断线后重新连接其他服务器，而不是一直认为当前服务器是可用状态，一直向当前服务器发送些必然会失败的请求。

• (3) socks代理会让Keep Alive失效。socks协议只管转发TCP层具体的数据包，而不会转发TCP协议内的实现细节的包。所以，一个应用如果使用了socks代理，那么TCP的KeepAlive机制就失效了。

• (4) 部分复杂情况下Keep Alive会失效，如路由器挂掉，网线直接被拔除等；

因此，KeepAlive并不适用于检测双方存活的场景，这种场景还得依赖于应用层的心跳。应用层心跳也具备着更大的灵活性，可以控制检测时机，间隔和处理流程，甚至可以在心跳包上附带额外信息。

影响心跳频率的关键因素

应用层心跳是检测连接有效性以及判断双方是否存活的有效方式。但是心跳过于频繁会带来耗电和耗流量的弊病，心跳频率过低则会影响连接检测的实时性。业内关于心跳时间的设置和优化，主要基于如下几个因素：

• 1.NAT超时–大部分移动无线网络运营商在链路一段时间没有数据通讯时，会淘汰 NAT表中的对应项，造成链路中断；

• 2.DHCP租期–DHCP租期到了需要主动续约，否则会继续使用过期IP导致长连接偶然的断连；

• 3.网络状态变化–手机网络和WIFI网络切换、网络断开和连上等情况有网络状态的变化，也会使长连接变为无效连接；

理想的情况下,客户端应当以略小于NAT超时时间的间隔来发送心跳包。根据微信团队测试的一些数据，一些常用网络的NAT超时时间如下表所示：

image.png

Tcp keepAlive 和Http中Keep-Alive的关系
HTTP协议的Keep-Alive意图在于连接复用，同一个连接上串行方式传递请求-响应数据

TCP的KeepAlive机制意图在于保活、心跳，检测连接错误

如何快速区分当前连接使用的是长连接还是短连接
1、凡是在一次完整的消息交互（发请求-收响应）之后，立刻断开连接（有一方发送FIN消息）的情况都称为短连接；

2、长连接的一个明显特征是会有心跳消息（也有没有心跳的情况），且一般心跳间隔都在30S或者1MIN左右，用wireshark抓包可以看到有规律的心跳消息交互（可能会存在毫秒级别的误差）。

什么时候用长连接，短连接？
1、需要频繁交互的场景使用长连接，如即时通信工具（微信/QQ，QQ也有UDP），相反则使用短连接，比如普通的web网站，只有当浏览器发起请求时才会建立连接，服务器返回相应后，连接立即断开。

2、维持长连接会有一定的系统开销，用户量少不容易看出系统瓶颈，一旦用户量上去了，就很有可能把服务器资源（内存/CPU/网卡）耗尽，所以使用需谨慎。

keep-alive与TIME_WAIT
使用http keep-alvie，可以减少服务端TIME_WAIT数量(因为由服务端httpd守护进程主动关闭连接)。道理很简单，相较而言，启用keep-alive，建立的tcp连接更少了，自然要被关闭的tcp连接也相应更少了。

短连接和长链接 图：

image.png

参考：https://caofengbin.github.io/2018/03/16/dhcp-and-nat/#4-%E5%BD%B1%E5%93%8D%E5%BF%83%E8%B7%B3%E9%A2%91%E7%8E%87%E7%9A%84%E5%85%B3%E9%94%AE%E5%9B%A0%E7%B4%A0

https://blog.csdn.net/hengyunabc/article/details/44310193

http://wingjay.com/2018/12/05/android-arch-long-link/

https://www.levicc.com/2018/06/30/yi-dong-duan-wang-luo-you-hua/

能被我参考的都很优秀，哈哈