TCP长连接及连接管理

TCP

传输控制协议(TCP,Transmission Control Protocol)是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。

TCP生命周期分为三个阶段:

  • 建立连接
  • 传输数据
  • 关闭连接

根据使用方法不同,可认为TCP连接分为长连接和短连接。

在一次通信过程中,如果通讯过程结束就close掉连接,这就是短连接。

如果通讯结束后,保持tcp连接的状态不关闭,这就是长连接。

短连接
  • TCP连接的握手时延

  • 延迟确认

    待学。。

  • TCP慢启动:TCP起初会限制连接的最大速度,防止因特网的突然过载和拥塞。所以新连接的传输速度会比传输过一定量的数据的连接慢一些。

短连接适用于并发量大,连接数不太多,并且每个用户不需要频繁操作的场景。

浏览器由于带宽资源有限,会对域名的连接数做一定限制。

为什么使用长连接?
  • TCP需要三次连接,四次挥手。使用长连接可以减少连接的建立次数,减少CPU及内存的使用。
  • 实现pipelining模式,同时进行多个请求。
  • 实现服务端push数据给客户端。
  • 减少TCP请求,减少网络拥塞。
  • 减少后续请求的响应时间(减少了三次握手和四次挥手的时间)。
长连接会有什么问题?

长连接的维护成本高,随着服务的运行,建立的连接会越来越多,最终给服务器造成巨大的压力。因此,我们需要管理连接,并且清理不活跃的连接。

需要心跳检测:

  • tcp层的KeepAlive机制
  • 应用层实现
KeepAlive机制

KeepAlive 并不是 TCP 协议的一部分,而是大多数操作系统都实现了这个机制,所以一些参数需要我们在操作系统层面设置 。

Linux 操作系统中设置 KeepAlive 相关参数,可以修改 /etc/sysctl.conf 文件。在Linux系统中查看tcp的keepalive设置:

:sysctl -a | grep tcp_keepalive
net.ipv4.tcp_keepalive_intvl = 75
net.ipv4.tcp_keepalive_probes = 9
net.ipv4.tcp_keepalive_time = 7200

默认情况下,是关闭tcp的KeepAlive机制的。

KeepAlive机制开启后,在7200s内(参数 tcp_keepalive_time)在链路上没有数据传送的情况下,TCP 层将发送相应的 KeepAlive 探针以确定连接可用性,探测失败后重试 9(tcp_keepalive_probes)次,每次间隔时间 75s(参数 tcp_keepalive_intvl),所有探测失败后,才认为当前连接已经不可用。

注意,TCP的连接只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。

连接管理
  • 基于ip地址和端口号:对于每个ip:port,缓存一组连接
  • 基于seq:需要应用层,客户端在请求包中加入seq,返回后根据seq找到对应的回调方法
ip:port
class connection_pool {
	_max_idle_time;//最大空闲时间,超过这个时间被认为是死连接,可以直接关闭它
	_max_idle_size;//一个ip对应的最大连接数
public:
	connection get_connection(ip,port,timeout);//申请一个连接
	int return_connection(connection)//返回连接到连接池,如果连接本身出问题,则应该关闭该连接
};

申请连接时,优先从连接池中获得,如果获取失败或尝试次数达上限后才会创建新连接。

seq

客户端在包头填写seq值,服务端将seq值返回。

然后客户端通过seq找到对应的连接。

可以参考C/C++ Linux setsockopt的SO_KEEPALIVE选项:https://blog.csdn.net/LU_ZHAO/article/details/104726594

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