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前言

近日，我的朋友广叔来和我讨论keepalive的相关知识，由于他最近项目上要用，但是他呀又不太了解，所以我就给他讲解了一番，keepalive其实用的也挺多的，在此记录下，希望朋友们用到的话，也能大致明白，这到底是个啥～

一、什么是keepAlive？

广叔：你能给我说说keepAlive是什么吗？最近项目上要用，但是我又不懂，领导还居然让我负责。。。

令狐冲：你们领导挺大胆的呀，居然让你负责，那公司离破产不远了～

广叔：少哔哔，你就直接说吧～我真的要用。。

令狐冲：其实你这问的就很不专业～，你首先要明确你想了解的是哪一种，是TCP的 KeepAlive 还是HTTP的 Keep-Alive。这俩可是完全不同的概念，绝对不能混淆的。

广叔：哦哦，看出来了，写法都不同，HTTP的KeepAlive写法是Keep-Alive，TCP的是KeepAlive。

令狐冲：TCP是传输层的一种协议，而HTTP是应用层的一种协议。不要混淆！

广叔：那你要不先讲讲TCP的keepalive？

令狐冲：TCP的keepalive是侧重在保持客户端和服务端的连接，一方会不定期发送心跳包给另一方，当一方端掉的时候，没有断掉的定时发送几次心跳包，如果间隔发送几次，对方都返回的是RST，而不是ACK，那么就释放当前链接。

广叔：那这个有啥用吗？没想出来呀。。

令狐冲：那你设想一下，如果tcp层没有keepalive的机制，一旦一方断开连接却没有发送FIN给另外一方的话，那么另外一方会一直以为这个连接还是存活的，几天，几月。那么这对服务器资源的影响是很大的。

广叔：哎呦，还真是的，之前没想到啊，没有keepalive的话，TCP的中可能存在大量的无效连接却占着很多资源。

广叔：那HTTP中的keep-alive呢？http连接不就是客户端连接上服务端，然后结束请求后，由客户端或者服务端进行http连接的关闭。下次再发送请求的时候，客户端再发起一个连接，传送数据，关闭连接。这么个流程反复吗？不会有问题的呀？

令狐冲：正常的情况确实是你说的那样子的，但是一旦客户端发送connection:keep-alive头给服务端，且服务端也接受这个keep-alive的话，两边对上暗号，这个连接就可以复用了，一个http处理完之后，另外一个http数据直接从这个连接走了。减少新建和断开TCP连接的消耗。

广叔：wow！，这个操作也太骚了吧？太省资源了。

广叔：我简单概括下：HTTP协议的Keep-Alive意图在于短时间内连接复用，希望可以短时间内在同一个连接上进行多次请求/响应。

广叔：TCP的KeepAlive机制意图在于保活、心跳，检测连接错误。当一个TCP连接两端长时间没有数据传输时(通常默认配置是2小时)，发送keepalive探针，探测链接是否存活。

令狐冲：是的，你要记住HTTP的Keep-Alive和TCP的KeepAlive不是一回事，tcp的keepalive是在ESTABLISH状态的时候，双方如何检测连接的可用行。而http的keep-alive说的是如何避免进行重复的TCP三次握手和四次挥手的环节。

二、TCP之KeepAlive详解

2.1 为什么需要KeepAlive？

广叔：你前面说的有点浅，忽悠小白还可以，想忽悠我们那个大胖子领导，还是不行呀，我先说说我对TCP知识的理解吧，你看看下边这个图，就是在TCP层发出一个请求，然后。。（打断）

令狐冲：停！首先要明确的是在TCP层是没有“请求”一说的，TCP是一种通信的方式，“请求”一词是事务上的概念，HTTP协议是一种事务协议，如果说发送一个HTTP请求，这种说法就没有问题。

广叔：我去，之前都记得是错的呀，这次真的记住了。

令狐冲：TCP的三次握手，你还记得吧？看看下边：

广叔：哎呀，看了你的图，我回忆起来了，之前在学校的时候学过的～

令狐冲：那下面我通过wireshark抓取一个TCP建立握手的过程，您仔细看下。（命令行基本上用TCPdump,后面我们还会用这张图说明问题）:

令狐冲：现在你只要看前3行，这就是TCP三次握手的完整建立过程，第一个报文SYN从发起方发出，第二个报文SYN,ACK是从被连接方发出，第三个报文ACK确认对方的SYN，ACK已经收到，是不是和上面的图我是完全对应的？

广叔：是的，但是我看数据实际上并没有传输呀，第四个报文才是数据传输开始的过程。

令狐冲：是的，wireshark把第四个报文解析成HTTP协议，HTTP协议的GET方法和URI也解析出来，所以说TCP层是没有请求的概念，HTTP协议是事务性协议才有请求的概念，TCP报文承载HTTP协议的请求(Request)和响应(Response)。

广叔：说了半天，还没说为啥需要keepAlive呢？

令狐冲：别急嘛，这就说。链接建立之后，如果应用程序或者上层协议一直不发送数据，或者隔很长时间才发送一次数据，当链接很久没有数据报文传输时如何去确定对方还在线，到底是掉线了还是确实没有数据传输，链接还需不需要保持，这种情况在TCP协议设计中是需要考虑到的。

广叔：那咋解决的呀？

令狐冲：TCP协议通过一种巧妙的方式去解决这个问题，当超过一段时间之后，TCP自动发送一个数据为空的报文给对方，如果对方回应了这个报文，说明对方还在线，链接可以继续保持，如果对方没有报文返回，并且重试了多次之后则认为链接丢失，没有必要保持链接。

广叔：这就是keepAlive？这也不难嘛～～

2.2 如何开启KeepAlive？

广叔：那KeepAlive到底是咋开启的？默认就开启了吗？

令狐冲：并不是默认开启的，在Linux系统上没有一个全局的选项去开启TCP的KeepAlive。需要开启KeepAlive的应用必须在TCP的socket中单独开启。

令狐冲：在设置keepAlive之前，我们可以看看它都支持哪些选项：
    1. KeepAlive默认情况下是关闭的，可以被上层应用开启和关闭

    2. tcp_keepalive_time: KeepAlive的空闲时长，或者说每次正常发送心跳的周期，默认值为7200s（2小时）

    3. tcp_keepalive_intvl: KeepAlive探测包的发送间隔，默认值为75s

   4.tcp_keepalive_probes: 在tcp_keepalive_time之后，没有接收到对方确认，继续发送保活探测包次数，默认值为9（次）

令狐冲：在Linux中我们可以通过修改 /etc/sysctl.conf 的全局配置：

net.ipv4.tcp_keepalive_time=7200net.ipv4.tcp_keepalive_intvl=75net.ipv4.tcp_keepalive_probes=9

令狐冲：添加上面的配置后输入 sysctl -p 使其生效，你可以使用 sysctl -a | grep keepalive 命令来查看当前的默认配置，当然，如果应用中已经设置SO_KEEPALIVE，程序不用重启，内核直接生效。

广叔：这么简单呀，我回头要试试～～

令狐冲：是的呀，还可以使用Java、C语言以及在Nginx设置，这里我就不一一展开了。

2.3 keepAlive的局限性

广叔：那你说这个技术这么好，为啥不是默认开启的吗？

令狐冲：哎呦，终于感觉到你的秃头可能真的有点属于聪明绝顶了，没错，tcp自带的keepalive还是有些不足之处的。

令狐冲：keepalive只能检测连接是否存活，不能检测连接是否可用。例如，某一方发生了死锁，无法在连接上进行任何读写操作，但是操作系统仍然可以响应网络层keepalive包。

广叔：这确实是个问题，我之前没有想到这一点。还有吗？

令狐冲：TCP keepalive机制依赖于操作系统的实现,灵活性不够，默认关闭，且默认的 keepalive 心跳时间是 两个小时, 时间较长。并且，代理(如socks proxy)、或者负载均衡器，会让tcp keepalive失效。

广叔：那就没有解决办法了吗？

令狐冲：办法肯定是有的呀，我们往往需要加上应用层的心跳，这个需要自己去实现，就不展开了。。

三、HTTP之Keep-Alive详解

3.1 http为什么需要Keep-Alive?

广叔：那你再说说为啥http也需要keep-Alive呗～～

令狐冲：通常一个网页可能会有很多组成部分，除了文本内容，还会有诸如：js、css、图片等静态资源，有时还会异步发起AJAX请求。只有所有的资源都加载完毕后，我们看到网页完整的内容。然而，一个网页中，可能引入了几十个js、css文件，上百张图片，如果每请求一个资源，就创建一个连接，然后关闭，代价是不是太大了？

广叔：嗯，确实很大，如果这些连接能够复用就好了～

令狐冲：是的，大牛们也是这样想的，他们也希望连接能够在短时间内得到复用，在加载同一个网页中的内容时，尽量的复用连接，这就是HTTP协议中keep-alive属性的作用。

广叔：那这个也是默认关闭的吗？

令狐冲：这个可不是，要看版本，HTTP的Keep-Alive是HTTP1.1中默认开启的功能。通过headers设置”Connection: close “关闭；在HTTP1.0中是默认关闭的。通过headers设置”Connection: Keep-Alive”开启。

广叔：那这个保持连接的时间是怎么确定的呢？

令狐冲：Keep-Alive属性保持连接的时间长短是由服务端决定的，通常配置都是在几十秒左右。

令狐冲：TCP连接建立之后，HTTP协议使用TCP传输HTTP协议的请求(Request)和响应(Response)数据，一次完整的HTTP事务如下图：

令狐冲：这张图我简化了HTTP(Req)和HTTP(Resp)，实际上的请求和响应需要多个TCP报文，广叔，你从这张图中看出了啥呀？说说

广叔：从图中可以发现一个完整的HTTP事务，有链接的建立，请求的发送，响应接收，断开链接这四个过程。

令狐冲：是的，早期通过HTTP协议传输的数据以文本为主，一个请求可能就把所有要返回的数据取到，但是，现在要展现一张完整的页面需要很多个请求才能完成，如图片.JS.CSS等，如果每一个HTTP请求都需要新建并断开一个TCP，这个开销是完全没有必要的。

广叔：是的，没有必要，资源都浪费了～

令狐冲：开启HTTP Keep-Alive之后，能复用已有的TCP链接，当前一个请求已经响应完毕，服务器端没有立即关闭TCP链接，而是等待一段时间接收浏览器端可能发送过来的第二个请求，通常浏览器在第一个请求返回之后会立即发送第二个请求，如果某一时刻只能有一个链接，同一个TCP链接处理的请求越多，开启KeepAlive能节省的TCP建立和关闭的消耗就越多。

广叔：那直接使用一个链接不就更省资源了？

令狐冲：这。。。那和电脑只用一个CPU核调度有啥区别？所有的进程都等着这个cpu去调度吗？你分手的时候，不是还说，不能在一棵树上吊死吗？要拥抱森林来着？

令狐冲：通常会启用多个链接去从服务器器上请求资源，但是开启了Keep-Alive之后，仍然能加快资源的加载速度。HTTP/1.1之后默认开启Keep-Alive, 在HTTP的头域中增加Connection选项。当设置为Connection:keep-alive表示开启，设置为Connection:close表示关闭。

广叔：ok，我是彻底明白了。

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