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(shuō)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(jì)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。客戶(hù)端可以打開(kāi)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(huì)丟失，受損或失序。

下面是常見(jiàn)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(gè)傳輸過(guò)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(huì)從另外一端以原有的順序，正確的傳送出來(lái)。

TCP層與IP層都有自己的協(xié)議，他們對(duì)數(shù)據(jù)的關(guān)注點(diǎn)不同?？偟膩?lái)說(shuō)，TCP段包含了目的端口與源端口，用來(lái)建立程序之間的連接。IP段包含了目的IP與源IP，用來(lái)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(diǎn)唯一對(duì)應(yīng)的：

<源IP地址，源端口號(hào)，目的IP地址，目的端口號(hào)>

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

2.http連接性能

由于http數(shù)據(jù)是通過(guò)TCP傳輸?shù)?，http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(gè)正常的http事務(wù)。

客戶(hù)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(gè)過(guò)程稱(chēng)為“DNS查詢(xún)”，需要花費(fèi)一定的時(shí)間。

客戶(hù)端與服務(wù)器進(jìn)行三次握手建立連接。

建立連接后，客戶(hù)端會(huì)發(fā)送有真正含義的請(qǐng)求報(bào)文。

服務(wù)器接收到請(qǐng)求后開(kāi)始處理。

服務(wù)器處理完畢后，發(fā)送響應(yīng)給客戶(hù)端。

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

從上面的流程可以看出來(lái)，真正的有業(yè)務(wù)意義的階段是“請(qǐng)求-處理-響應(yīng)”，其他階段時(shí)間消耗都是與業(yè)務(wù)無(wú)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(gè)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(dòng)的擁塞控制

數(shù)據(jù)聚集的Nagle算法

TIME_WAIT時(shí)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(guò)DNS查詢(xún)、握手、揮手等與數(shù)據(jù)傳輸無(wú)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(huì)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(guò)程是對(duì)HTTP不可見(jiàn)的，HTTP只能看到建立連接發(fā)生了時(shí)延。三次握手的過(guò)程這里不做贅述，感興趣的請(qǐng)查閱相關(guān)資料。

三次握手簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)是建立連接前的三次交互來(lái)確認(rèn)連接可以建立，有SYN,ACK+SYN,ACK三次報(bào)文通信。對(duì)于一些小的HTTP事務(wù)，比如握手后告知頁(yè)面304了，這種事務(wù)中在TCP建立上可能會(huì)法費(fèi)一半甚至更多的時(shí)間。

解決方案：我們可以通過(guò)重用TCP連接來(lái)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(wú)法保證數(shù)據(jù)可靠傳輸?shù)?，因?yàn)樵诰W(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(shí)現(xiàn)了一套自己的確認(rèn)機(jī)制來(lái)保障數(shù)據(jù)可靠傳輸。

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

由于確認(rèn)報(bào)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(duì)其進(jìn)行“捎帶”，就是這種捎帶出了問(wèn)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(lái)進(jìn)行捎帶，很多TCP棧實(shí)現(xiàn)了一種“延時(shí)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(shí)間窗口內(nèi)（一般是100-200毫秒）找不到輸出分組，則對(duì)確認(rèn)數(shù)據(jù)進(jìn)行單獨(dú)發(fā)送。

如果請(qǐng)求響應(yīng)并沒(méi)有較多的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程，則滿(mǎn)足捎帶確認(rèn)的可能性就很低。通常，延遲確認(rèn)算法會(huì)引入相當(dāng)大的時(shí)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(dòng)與擁塞控制

TCP傳輸過(guò)程有慢啟動(dòng)與擁塞控制的概念。

TCP在建立連接開(kāi)始的時(shí)候，會(huì)進(jìn)行慢啟動(dòng)，數(shù)據(jù)窗口會(huì)逐漸指數(shù)變大，在達(dá)到閾值后會(huì)線(xiàn)性增長(zhǎng)。當(dāng)發(fā)生某次超時(shí)之后，會(huì)迅速減小窗口到最小，重新開(kāi)始慢啟動(dòng)，通知減小之前的閾值。

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

解決方案：我們通過(guò)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(shí)確認(rèn)算法有些類(lèi)似。不過(guò)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(bào)文造成3.1的問(wèn)題。該算法鼓勵(lì)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(lái)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(duì)于一些小的數(shù)據(jù)分組而言，可能很多個(gè)也無(wú)法攢夠一次發(fā)送的數(shù)量。當(dāng)這時(shí)接收端也采用延時(shí)確認(rèn)算法之后，事情就變得恐怖了。對(duì)于發(fā)送端而言，很多小的數(shù)據(jù)分組沒(méi)有成功發(fā)送，因?yàn)榈谝粋€(gè)分組發(fā)送之后，服務(wù)端進(jìn)行了延時(shí)確認(rèn)200ms，在這段時(shí)間過(guò)去之后發(fā)送端的第二個(gè)分組才會(huì)被發(fā)送，這樣的排隊(duì)阻塞簡(jiǎn)直是噩夢(mèng)。

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

3.5 TIME_WAIT時(shí)延與端口耗盡

當(dāng)一個(gè)TCP連接完成四次揮手關(guān)閉之后，會(huì)進(jìn)入TIME_WAIT狀態(tài)，在等待2MSL之后會(huì)釋放該TCP連接。因?yàn)門(mén)CP的分組可能不是按照順序到達(dá)的，我們假設(shè)一個(gè)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(shí)結(jié)束了。如果在2MSL之間服務(wù)端沒(méi)有接收到LAST_ACK發(fā)送的FIN對(duì)應(yīng)的響應(yīng)，則TIME_WAIT會(huì)再次發(fā)送ACK。

之前有說(shuō)過(guò)，一個(gè)TCP可以通過(guò)下面四個(gè)屬性來(lái)確認(rèn)。

<源IP地址，源端口號(hào)，目的IP地址，目的端口號(hào)>

而對(duì)于一個(gè)服務(wù)來(lái)說(shuō)，之后源端口是不確定的，因?yàn)槊看卧炊丝诙际请S機(jī)生成的。但是源端口是有數(shù)量限制的，比如60000個(gè)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(wú)法發(fā)起更多的連接。

解決方案：可以增加請(qǐng)求端機(jī)器，通過(guò)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(gè)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?cè)诠ぷ髦邪l(fā)現(xiàn)HTTP建立連接的效率很低，可以考慮從上面的五個(gè)角度分析是否達(dá)到了相關(guān)的瓶頸，并通過(guò)推薦方案解決問(wèn)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?jī)?nèi)容了，希望能給大家一個(gè)參考，也希望大家多多支持腳本之家。

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