1.Http連接基礎(chǔ)

Http協(xié)議承載了互聯(lián)網(wǎng)上的主要流量，然而說到傳輸，還要回歸到最基本的網(wǎng)絡(luò)分層模型TCP/IP。TCP/IP是全球計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都在使用的一種常用的分組交互網(wǎng)絡(luò)分層協(xié)議集?？蛻舳丝梢源蜷_一條TCP/IP連接，與世界上的任何服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并且交換的數(shù)據(jù)永遠(yuǎn)不會丟失，受損或失序。

下面是常見的TCP/IP分層協(xié)議，分為安全與非安全版本。

由圖可知，HTTP的整個傳輸過程可以描述為“HTTP over TCP over IP”。TCP是可靠地傳輸協(xié)議，就好像一條管道，從TCP連接一段填入的字節(jié)會從另外一端以原有的順序，正確的傳送出來。

TCP層與IP層都有自己的協(xié)議，他們對數(shù)據(jù)的關(guān)注點不同?？偟膩碚f，TCP段包含了目的端口與源端口，用來建立程序之間的連接。IP段包含了目的IP與源IP，用來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)尋址，最終建立機(jī)器之間的連接。而一條TCP連接正是根據(jù)這四點唯一對應(yīng)的：

<源IP地址，源端口號，目的IP地址，目的端口號>

不同的連接不可以擁有完全相同的四個屬性。對于一般功能而言，自己發(fā)起的連接中源端口號是隨機(jī)生成的。

2.http連接性能

由于http數(shù)據(jù)是通過TCP傳輸?shù)模琱ttp連接的性能很大程度上取決于TCP通道的性能。我們先分析一個正常的http事務(wù)。

客戶端如果拿到的是域名，則需要先從DNS服務(wù)器中解析獲得服務(wù)器IP地址，這個過程稱為“DNS查詢”，需要花費(fèi)一定的時間。

客戶端與服務(wù)器進(jìn)行三次握手建立連接。

建立連接后，客戶端會發(fā)送有真正含義的請求報文。

服務(wù)器接收到請求后開始處理。

服務(wù)器處理完畢后，發(fā)送響應(yīng)給客戶端。

客戶端收到響應(yīng)后，與服務(wù)器進(jìn)行四次揮手，斷開連接。

從上面的流程可以看出來，真正的有業(yè)務(wù)意義的階段是“請求-處理-響應(yīng)”，其他階段時間消耗都是與業(yè)務(wù)無關(guān)的。因此可以從這上面思考如何優(yōu)化TCP性能。

3.TCP連接性能聚焦

TCP連接的性能通常從下面5個方面考慮：

TCP建立握手

捎帶確認(rèn)的TCP延遲確認(rèn)算法

TCP慢啟動的擁塞控制

數(shù)據(jù)聚集的Nagle算法

TIME_WAIT時延與端口耗盡

3.1 TCP建立握手

從上面的圖中可以看出，一次正常的交互需要經(jīng)過DNS查詢、握手、揮手等與數(shù)據(jù)傳輸無關(guān)的操作。如果每次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都很少，那么這種操作所占用的比例就會增加，這將大大降低HTTP的性能。由于HTTP是建立在TCP連接的基礎(chǔ)上的，所以握手的過程是對HTTP不可見的，HTTP只能看到建立連接發(fā)生了時延。三次握手的過程這里不做贅述，感興趣的請查閱相關(guān)資料。

三次握手簡單來說是建立連接前的三次交互來確認(rèn)連接可以建立，有SYN,ACK+SYN,ACK三次報文通信。對于一些小的HTTP事務(wù)，比如握手后告知頁面304了，這種事務(wù)中在TCP建立上可能會法費(fèi)一半甚至更多的時間。

解決方案：我們可以通過重用TCP連接來減少這種性能上的損失，比如持久連接。

3.2 延遲確認(rèn)

因特網(wǎng)是無法保證數(shù)據(jù)可靠傳輸?shù)?，因為在網(wǎng)絡(luò)路由超負(fù)荷的情況下，允許丟棄任意網(wǎng)絡(luò)分組。所以，TCP實現(xiàn)了一套自己的確認(rèn)機(jī)制來保障數(shù)據(jù)可靠傳輸。

每個TCP段都有一個序號和數(shù)據(jù)校驗和，接受者在接受完整之后會向發(fā)送者送回確認(rèn)分組，這樣保證了這個分組的可靠傳輸。如果發(fā)送者在一定時間窗口內(nèi)沒有接收到響應(yīng)的確認(rèn)分組，則認(rèn)為這個分組已經(jīng)丟失，對該分組進(jìn)行重發(fā)。

由于確認(rèn)報文很小，所以TCP允許在發(fā)往相同方向的數(shù)據(jù)分組中對其進(jìn)行“捎帶”，就是這種捎帶出了問題。TCP將返回確認(rèn)信息與輸出信息集合在一起，可以有效的利用網(wǎng)絡(luò)連接。因此為了找到相同方向的數(shù)據(jù)分組來進(jìn)行捎帶，很多TCP棧實現(xiàn)了一種“延時確認(rèn)”的算法。這種算法將確認(rèn)信息放入緩沖區(qū)，在一定的時間窗口內(nèi)（一般是100-200毫秒）找不到輸出分組，則對確認(rèn)數(shù)據(jù)進(jìn)行單獨發(fā)送。

如果請求響應(yīng)并沒有較多的數(shù)據(jù)傳輸過程，則滿足捎帶確認(rèn)的可能性就很低。通常，延遲確認(rèn)算法會引入相當(dāng)大的時延。

解決方案：根據(jù)操作系統(tǒng)的不容，可以調(diào)整或禁止延遲確認(rèn)算法。

3.3 慢啟動與擁塞控制

TCP傳輸過程有慢啟動與擁塞控制的概念。

TCP在建立連接開始的時候，會進(jìn)行慢啟動，數(shù)據(jù)窗口會逐漸指數(shù)變大，在達(dá)到閾值后會線性增長。當(dāng)發(fā)生某次超時之后，會迅速減小窗口到最小，重新開始慢啟動，通知減小之前的閾值。

在這種機(jī)制的保障下，一個TCP連接是會進(jìn)行自我調(diào)整的，因此一個新的連接的傳輸效率是不如老連接的。

解決方案：我們通過重用連接，可以使得傳輸效率提升，比如持久連接。

3.4 Nagle算法與TCP_NODELAY

Nagle算法與延時確認(rèn)算法有些類似。不過Nagle算法關(guān)注的是發(fā)送方，為了保證不大量發(fā)送小的數(shù)據(jù)報文造成3.1的問題。該算法鼓勵每次發(fā)送大的數(shù)據(jù)組，如果數(shù)據(jù)分組不夠大，則放在緩存區(qū)等待與其他數(shù)據(jù)分組結(jié)合起來達(dá)到上限后一起發(fā)送，或者其他分組被確認(rèn)后發(fā)送。

而對于一些小的數(shù)據(jù)分組而言，可能很多個也無法攢夠一次發(fā)送的數(shù)量。當(dāng)這時接收端也采用延時確認(rèn)算法之后，事情就變得恐怖了。對于發(fā)送端而言，很多小的數(shù)據(jù)分組沒有成功發(fā)送，因為第一個分組發(fā)送之后，服務(wù)端進(jìn)行了延時確認(rèn)200ms，在這段時間過去之后發(fā)送端的第二個分組才會被發(fā)送，這樣的排隊阻塞簡直是噩夢。

解決方案：可以在協(xié)議棧中設(shè)置TCP_NODELAY來禁用Nagle算法。

3.5 TIME_WAIT時延與端口耗盡

當(dāng)一個TCP連接完成四次揮手關(guān)閉之后，會進(jìn)入TIME_WAIT狀態(tài)，在等待2MSL之后會釋放該TCP連接。因為TCP的分組可能不是按照順序到達(dá)的，我們假設(shè)一個分組在網(wǎng)絡(luò)中最多存貨1MSL，則2MSL之后基本上就可以認(rèn)為確實結(jié)束了。如果在2MSL之間服務(wù)端沒有接收到LAST_ACK發(fā)送的FIN對應(yīng)的響應(yīng)，則TIME_WAIT會再次發(fā)送ACK。

之前有說過，一個TCP可以通過下面四個屬性來確認(rèn)。

<源IP地址，源端口號，目的IP地址，目的端口號>

而對于一個服務(wù)來說，之后源端口是不確定的，因為每次源端口都是隨機(jī)生成的。但是源端口是有數(shù)量限制的，比如60000個端口，MSL是60秒。則連接速率就被限制在60000/120=500次/秒。如果不進(jìn)行相關(guān)的優(yōu)化，操作系統(tǒng)就無法發(fā)起更多的連接。

解決方案：可以增加請求端機(jī)器，通過負(fù)載均衡的方法降低端口耗盡的可能性，或者在服務(wù)端使用幾個虛擬IP增加連接的組合。　

4 總結(jié)

HTTP建立在TCP的基礎(chǔ)上，如果我們在工作中發(fā)現(xiàn)HTTP建立連接的效率很低，可以考慮從上面的五個角度分析是否達(dá)到了相關(guān)的瓶頸，并通過推薦方案解決問題。

以上這篇高效管理http連接的方法就是小編分享給大家的全部內(nèi)容了，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持腳本之家。

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