HTTP协议浅谈（一）之TCP长连接

之前的认识

刚接触HTTP请求就听说过HTTP请求有1.0和1.1两个版本（其实还有个0.9版本，因为只接受GET一种请求，不支持POST方法，因此客户端无法向服务器传递太多信息而为人们所忽略），而且还知道HTTP1.0协议不支持长连接，从HTTP1.1协议以后，连接默认都是长连接。但终究觉得对于长连接一直不明觉厉，有种抓不到关键点的感觉。

我们现在用的都是HTTP1.1版本，而HTTP1.1版本又是支持长连接的（也叫持久连接），因此我们平时用的都是长连接，我之前一直这么认为的。经过最近的探索发现，这话并不是这样的。因为HTTP协议根本就没有长短连接这一说法。
众所周知，HTTP协议是基于请求/响应模式的，因此只要服务端给了响应，本次HTTP连接就结束了，或者更准确的说，是本次HTTP请求就结束了，下一次又是一个新的请求和新的响应，因此根本没有长连接这一说。那么自然也就没有短连接这一说了。
之所以网络上说HTTP分为长连接和短连接，其实本质上是说的TCP连接。TCP连接是一个双向的通道，它是可以保持一段时间不关闭的，因此TCP连接才有真正的长连接和短连接这一说。HTTP协议说到底是应用层的协议，而TCP才是真正的传输层协议，只有负责传输的这一层才需要建立连接。
因此“HTTP连接”这一概念压根就不应该出现，HTTP只是一个应用层的协议，根本就没有连接这一说法，就像FTP协议一样，我们从来不会说“FTP连接”吧。归根到底，其实说的连接都是只传输层的TCP连接。相反说HTTP请求和HTTP响应反而更加准确一些都是通过TCP连接这个数据通道来传输请求和响应的。
说到这里就彻底的改变了之前的错误认识，以后记住长连接，短连接都是指的传输层的TCP连接，而不是应用层的HTTP协议。HTTP的长连接和短连接本质上是TCP长连接和短连接。HTTP属于应用层协议，在传输层使用TCP协议，在网络层使用IP协议。IP协议主要解决网络路由和寻址问题，TCP协议主要解决如何在IP层之上可靠的传递数据包，使在网络上的另一端收到发端发出的所有包，并且顺序与发出顺序一致。TCP有可靠，面向连接的特点。
现在的疑问


既然说到了长连接，那么什么是长连接，短连接呢？HTTP1.1中又是如何实现长连接的呢？那么长短连接又分别有什么优缺点呢？正如我们学习一个新知识的时候，总是会问自己这三个问题一样：XXX是什么？XXX怎么用？XXX的好处？像我们一般的普通web应用，csdn写博客的平台，这种采用长连接有什么用呢？


1，如何理解HTTP协议是无状态的


HTTP协议是无状态的，指的是协议对于事务处理没有记忆能力，服务器不知道客户端是什么状态。也就是说，打开一个服务器上的网页和你之前打开这个服务器上的网页之间没有任何联系。HTTP是一个无状态的面向连接的协议，无状态不代表HTTP不能保持TCP连接，更不能代表HTTP使用的是UDP协议（无连接）。


现在的疑问


既然说到了长连接，那么什么是长连接，短连接呢？HTTP1.1中又是如何实现长连接的呢？那么长短连接又分别有什么优缺点呢？正如我们学习一个新知识的时候，总是会问自己这三个问题一样：XXX是什么？XXX怎么用？XXX的好处？像我们一般的普通web应用，csdn写博客的平台，这种采用长连接有什么用呢？


1，如何理解HTTP协议是无状态的


HTTP协议是无状态的，指的是协议对于事务处理没有记忆能力，服务器不知道客户端是什么状态。也就是说，打开一个服务器上的网页和你之前打开这个服务器上的网页之间没有任何联系。HTTP是一个无状态的面向连接的协议，无状态不代表HTTP不能保持TCP连接，更不能代表HTTP使用的是UDP协议（无连接）。


2，什么是长连接、短连接？


在HTTP/1.0中，默认使用的是短连接。也就是说，浏览器和服务器每进行一次HTTP操作，就建立一次连接，但任务结束就中断连接。如果客户端浏览器访问的某个HTML或其他类型的 Web页中包含有其他的Web资源，如JavaScript文件、图像文件、CSS文件等；当浏览器每遇到这样一个Web资源，就会建立一个HTTP会话。但从 HTTP/1.1起，默认使用长连接，用以保持连接特性。使用长连接的HTTP协议，会在响应头有加入这行代码：
Connection:keep-alive 服务器和客户端都要设置
在使用长连接的情况下，当一个网页打开完成后，客户端和服务器之间用于传输HTTP数据的 TCP连接不会关闭，如果客户端再次访问这个服务器上的网页，会继续使用这一条已经建立的连接。Keep-Alive不会永久保持连接，它有一个保持时间，可以在不同的服务器软件（如Apache）中设定这个时间。实现长连接要客户端和服务端都支持长连接。HTTP协议的长连接和短连接，实质上是TCP协议的长连接和短连接。


3，TCP连接


当网络通信时采用TCP协议时，在真正的读写操作之前，server与client之间必须建立一个连接，当读写操作完成后，双方不再需要这个连接 时它们可以释放这个连接，连接的建立是需要三次握手的，而释放则需要4次握手，所以说每个连接的建立都是需要资源消耗和时间消耗的。

经典的三次握手示意图：

经典的四次分手关闭图：

4，TCP短连接


我们模拟一下TCP短连接的情况，client向server发起连接请求，server接到请求，然后双方建立连接。client向server
 发送消息，server回应client，然后一次读写就完成了，这时候双方任何一个都可以发起close操作，不过一般都是client先发起
 close操作。为什么呢，一般的server不会回复完client后立即关闭连接的，当然不排除有特殊的情况。从上面的描述看，

短连接一般只会在
 client/server间传递一次读写操作。
 
短连接的操作步骤是：建立连接——数据传输——关闭连接…建立连接——数据传输——关闭连接


5，TCP长连接


接下来我们再模拟一下长连接的情况，client向server发起连接，server接受client连接，双方建立连接。Client与server完成一次读写之后，

它们之间的连接并不会主动关闭，后续的读写操作会继续使用这个连接。比如你请求了csdn的一个网页，
这个网页里肯定还包含了CSS、JS等等一系列资源，如果你是短连接（也就是每次都要重新建立TCP连接）的话，那你每打开一个网页，

基本要建立几个甚至几十个TCP连接，但如果是长连接的话，那么这么多次HTTP请求（这些请求包括请求网页内容，
CSS文件，JS文件，图片等等），其实使用的都是一个TCP连接，很显然是可以节省很多消耗的。
另外，最后关于长连接还要多提一句，那就是，长连接并不是永久连接的。如果一段时间内（具体的时间长短，

是可以在header当中进行设置的，也就是所谓的超时时间），这个连接没有HTTP请求发出的话，那么这个长连接就会被断掉。
这一点其实很容易理解，否则的话，TCP连接将会越来越多，直到把服务器的TCP连接数量撑爆到上限为止。现在想想，对于服务器来说，

服务器里的这些个长连接其实很有数据库连接池的味道，大家都是为了节省连接重复利用嘛，对不对？
长连接的操作步骤是：建立连接——数据传输…（保持连接）…数据传输——关闭连接


6，长连接和短连接的优点和缺点


由上可以看出，长连接可以省去较多的TCP建立和关闭的操作，减少浪费，节约时间。对于频繁请求资源的客户来说，较适用长连接。
不过这里存在一个问题，存活功能的探测周期太长，还有就是它只是探测TCP连接的存活，属于比较斯文的做法，遇到恶意的连接时，

保活功能就不够使了。在长连接的应用场景下，client端一般不会主动关闭它们之间的连接，
Client与server之间的连接如果一直不关闭的话，会存在一个问题，随着客户端连接越来越多，server早晚有扛不住的时候，

这时候server端需要采取一些策略，如关闭一些长时间没有读写事件发生的连接，这样可
 以避免一些恶意连接导致server端服务受损；如果条件再允许就可以以客户端机器为颗粒度，限制每个客户端的最大长连接数，

这样可以完全避免某个蛋疼的客户端连累后端服务。短连接对于服务器来说管理较为简单，
 存在的连接都是有用的连接，不需要额外的控制手段。但如果客户请求频繁，将在TCP的建立和关闭操作上浪费时间和带宽。
 
7，什么时候用长连接，短连接


长连接多用于操作频繁，点对点的通讯，而且连接数不能太多情况，。每个TCP连接都需要三步握手，这需要时间，

如果每个操作都是先连接，再操作的话那么处理速度会降低很多，
所以每个操作完后都不断开，次处理时直接发送数据包就OK了，不用建立TCP连接。例如：数据库的连接用长连接，
 如果用短连接频繁的通信会造成socket错误，而且频繁的socket 创建也是对资源的浪费。而像WEB网站的http服务一般都用短链接，

因为长连接对于服务端来说会耗费一定的资源，
 而像WEB网站这么频繁的成千上万甚至上亿客户端的连接用短连接会更省一些资源，如果用长连接，而且同时有成千上万的用户，

如果每个用户都占用一个连接的话，那可想而知吧。
 所以并发量大，但每个用户无需频繁操作情况下需用短连好。