如何选择TCP长连接与短连接

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title: 如何选择TCP长连接与短连接
author: longzy
time: 2018-11-11

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我们在进行linux网络编程时，进程间的通信可选的方案有：socket连接、管道、信号量、共享内存、消息队列等。而通常最好用的也是最常用的方案是socket连接。所以今天主要讲的是tcp连接。

这里并不是要讲我们如何调用API去创建一个tcp的socket连接，而是讲我们在平时的项目中，如何根据自己的业务场景来选择是建立tcp长连接还是tcp短连接。

在这里引入了两个概念：长连接、短连接。那么长连接是什么，短连接又是什么呢？

长连接

从生命周期的角度来理解，长连接的生命周期跟程序的生命周期一样，程序启动的时候会建立好连接，然后程序结束后才主动关闭这个连接。注意这里用到了一个关键词“主动”，也就是长连接过程中会有可能因为其他因素导致这个连接被动断开，这就要求我们在长连接中用什么方法保证连接还存在。（具体的方法后面再讲）

短链接

同样从生命周期的角度来考虑，短连接的生命周期跟栈区的变量一样，好比某个函数里面的局部变量，当外面调用进入到某个函数内部，建立好连接，发送或接受数据，离开函数后，该连接就关闭。

那么我们如何选择长连接还是短连接呢？别急，在讲如何选择之前，我们必须的明白tcp建立连接和关闭连接的这个过程，内部都做了什么工作。

连接建立

啥也别说，先上个图

tcp_connect.png

建立一个TCP连接时会发生下述情形。

1. server必须准备好接受外来的连接，这通常是调用socket、bind、和listen等函数来完成。
2. client调用connect发起连接，这时client TCP发送一个SYN，告诉server，client将在待建立的连接中发送的数据的初始序列号，通常SYN不携带数据，其所在的IP数据报只含有一个IP首部。
3. server必须确认(ACK)client的SYN，同时自己也要发送一个SYN包，它含有server将在同一链接中发送的数据的初始序列号。
4. client必须确认server的SYN。

这种交换至少需要三个分组，所以就是我们常说的三路握手，上图展示了3个步骤。上图中client的初始序列号为J，server的初始序列号为K，ACK中的确认号是发送这个ACK的一端所期待的下一个序列号。因为SYN占据一个字节的序列号空间，所以每一个SYN的ACK中的确认号就是该SYN的初始序列号加1。类似的，每一个FIN的ACK中的确认号为该FIN的序列号加1.

连接关闭

同样先来一个图

tcp_close.png

关闭一个TCP连接时会发生以下情况

1. 某个应用程序首先调用close，我们称该端执行主动关闭，该端的TCP于是发送一个FIN，表示数据发送完毕。
2. 接收到这个FIN的对端执行被动关闭，这个FIN由TCP确认。它的接收也作为一个文件结束符传递给接收端应用程序，因为FIN的接收意味着接收端应用程序在相应的连接上再无额外数据可接收。
3. 一段时间后，接收到这个文件结束符的应用程序叫调用close关闭它的套接字，这导致它的TCP也发送一个FIN。
4. 接收到这个最终FIN的原发送端TCP(主动关闭的那一端)确认(ACK)这个FIN

既然每个方向都需要一个FIN和一个ACK，因此通常需要四个分节。这就是我们通常所说的四次挥手。注意，这里我们提到了"通常"，是因为存在某些情况，步骤1的FIN可能会随数据一起发送；另外，步骤2和步骤3都是执行被动关闭的那一端发送的，有可能会合并成一步。上图展示了这些步骤。

知道了TCP的连接建立和连接关闭之后，那么数据的发送就可以用下面这个图来解释了

tcp_send.png

看了上图，我们是不是对前面的提到长连接和短连接更加清楚了！长连接对红线的部分只做一次，而短连接则整个过程，都需要全部重做。

从上面的介绍得知，一个TCP的连接建立和关闭，通常是需要七个分节的。所以长连接和短连接的优缺点也就突显了出来。

连接	优点	缺点
长连接	传输速度快，server可以主动发送数据给client	保持的连接会占用和多系统资源， 后台设计相对要复杂
短连接	不需要占用系统的太多的资源使得server可以处理更多client的connect	发送小数据划不来，比较耗时。server无法主动发送数据到client

读到这里，你是不是已经对如何选择长连接还是短连接已经有自己的想法了呢？

总结

• 如果业务来往比较频繁，则选择长连接。
• 如果server要主动给client发数据，则选择长连接。