1、HTTP 協議與 TCP/IP 協議的關系

HTTP 的長連接和短連接本質上是 TCP 長連接和短連接。HTTP 屬于應用層協議，在傳輸層使用 TCP 協議，在網絡層使用 IP 協議。IP 協議主要解決網絡路由和尋址問題，TCP 協議主要解決如何在 IP 層之上可靠的傳遞數據包，使在網絡上的另一(yī)端收到發端發出的所有包，并且順序與發出順序一(yī)緻。TCP 有可靠，面向連接的特點。

2、如何理解HTTP協議是無狀态的

HTTP 協議是無狀态的，指的是協議對于事務處理沒有記憶能力，服務器不知(zhī)道客戶端是什麽狀态。也就是說，打開(kāi)一(yī)個服務器上的網頁和你之前打開(kāi)這個服務器上的網頁之間沒有任何聯系。HTTP 是一(yī)個無狀态的面向連接的協議，無狀态不代表 HTTP 不能保持 TCP 連接，更不能代表 HTTP 使用的是 UDP 協議（無連接）。

3、什麽是長連接、短連接？

短連接

連接->傳輸數據->關閉連接

HTTP是無狀态的，浏覽器和服務器每進行一(yī)次HTTP操作，就建立一(yī)次連接，但任務結束就中(zhōng)斷連接。

也可以這樣說：短連接是指Socket連接後發送後接收完數據後馬上斷開(kāi)連接。

長連接

連接->傳輸數據->保持連接 -> 傳輸數據-> 。。。->關閉連接。

長連接指建立Socket連接後不管是否使用都保持連接。
在 HTTP/1.0 中(zhōng)，默認使用的是短連接。也就是說，浏覽器和服務器每進行一(yī)次 HTTP 操作，就建立一(yī)次連接，但任務結束就中(zhōng)斷連接。如果客戶端浏覽器訪問的某個 HTML 或其他類型的 Web 頁中(zhōng)包含有其他的 Web 資(zī)源，如JavaScript 文件、圖像文件、CSS 文件等；當浏覽器每遇到這樣一(yī)個 Web 資(zī)源，就會建立一(yī)個 HTTP 會話(huà)。
但從 HTTP/1.1 起，默認使用長連接，用以保持連接特性。使用長連接的 HTTP 協議，會在響應頭有加入這行代碼：

Connection:keep-alive

在使用長連接的情況下(xià)，當一(yī)個網頁打開(kāi)完成後，客戶端和服務器之間用于傳輸 HTTP 數據的 TCP 連接不會關閉，如果客戶端再次訪問這個服務器上的網頁，會繼續使用這一(yī)條已經建立的連接。Keep-Alive 不會永久保持連接，它有一(yī)個保持時間，可以在不同的服務器軟件（如 Apache ）中(zhōng)設定這個時間。實現長連接要客戶端和服務端都支持長連接。

HTTP 協議的長連接和短連接，實質上是 TCP 協議的長連接和短連接。

3.1 TCP 連接

當網絡通信時采用 TCP 協議時，在真正的讀寫操作之前，server 與 client 之間必須建立一(yī)個連接，當讀寫操作完成後，雙方不再需要這個連接 時它們可以釋放(fàng)這個連接，連接的建立是需要 3 次握手的，而釋放(fàng)則需要 4 次握手，所以說每個連接的建立都是需要資(zī)源消耗和時間消耗的。

3.2 TCP短連接

我(wǒ)(wǒ)們模拟一(yī)下(xià) TCP 短連接的情況，client 向 server 發起連接請求，server 接到請求，然後雙方建立連接。client 向 server 發送消息，server 回應client，然後一(yī)次讀寫就完成了，這時候雙方任何一(yī)個都可以發起 close 操作，不過一(yī)般都是 client 先發起 close 操作。爲什麽呢，一(yī)般的 server 不會回複完 client 後立即關閉連接的，當然不排除有特殊的情況。從上面的描述看，短連接一(yī)般隻會在 client/server 間傳遞一(yī)次讀寫操作
短連接的優點是：管理起來比較簡單，存在的連接都是有用的連接，不需要額外(wài)的控制手段。

3.3 TCP 長連接

接下(xià)來我(wǒ)(wǒ)們再模拟一(yī)下(xià)長連接的情況，client 向 server 發起連接，server 接受 client 連接，雙方建立連接。Client 與 server 完成一(yī)次讀寫之後，它們之間的連接并不會主動關閉，後續的讀寫操作會繼續使用這個連接。
首先說一(yī)下(xià) TCP/IP 詳解上講到的 TCP 保活功能，保活功能主要爲服務器應用提供，服務器應用希望知(zhī)道客戶主機是否崩潰，從而可以代表客戶使用資(zī)源。如果客戶已經消失，使得服務器上保留一(yī)個半開(kāi)放(fàng)的連接，而服務器又(yòu)在等待來自客戶端的數據，則服務器将應遠等待客戶端的數據，保活功能就是試圖在服務 器端檢測到這種半開(kāi)放(fàng)的連接。

如果一(yī)個給定的連接在兩小(xiǎo)時内沒有任何的動作，則服務器就向客戶發一(yī)個探測報文段，客戶主機必須處于以下(xià) 4 個狀态之一(yī)：

客戶主機依然正常運行，并從服務器可達。客戶的TCP響應正常，而服務器也知(zhī)道對方是正常的，服務器在兩小(xiǎo)時後将保活定時器複位。

客戶主機已經崩潰，并且關閉或者正在重新啓動。在任何一(yī)種情況下(xià)，客戶的 TCP 都沒有響應。服務端将不能收到對探測的響應，并在75秒後超時。服務器總共發送 10 個這樣的探測 ，每個間隔 75 秒。如果服務器沒有收到一(yī)個響應，它就認爲客戶主機已經關閉并終止連接。

客戶主機崩潰并已經重新啓動。服務器将收到一(yī)個對其保活探測的響應，這個響應是一(yī)個複位，使得服務器終止這個連接。

客戶機正常運行，但是服務器不可達，這種情況與 2 類似，TCP 能發現的就是沒有收到探查的響應。

3.4 長連接短連接操作過程

短連接的操作步驟是：
建立連接——數據傳輸——關閉連接…建立連接——數據傳輸——關閉連接

長連接的操作步驟是：

建立連接——數據傳輸…（保持連接）…數據傳輸——關閉連接

4、長連接和短連接的優點和缺點

由上可以看出，長連接可以省去(qù)較多的 TCP 建立和關閉的操作，減少浪費(fèi)，節約時間。對于頻(pín)繁請求資(zī)源的客戶來說，較适用長連接。

不過這裏存在一(yī)個問題，存活功能的探測周期太長，還有就是它隻是探測 TCP 連接的存活，屬于比較斯文的做法，遇到惡意的連接時，保活功能就不夠使了。

在長連接的應用場景下(xià)，client 端一(yī)般不會主動關閉它們之間的連接，client 與 server 之間的連接如果一(yī)直不關閉的話(huà)，會存在一(yī)個問題，随着客戶端連接越來越多，server 早晚有扛不住的時候，這時候 server 端需要采取一(yī)些策略，如關閉一(yī)些長時間沒有讀寫事件發生(shēng)的連接，這樣可 以避免一(yī)些惡意連接導緻server 端服務受損；如果條件再允許就可以以客戶端機器爲顆粒度，限制每個客戶端的最大(dà)長連接數，這樣可以完全避免某個蛋疼的客戶端連累後端服務。
短連接對于服務器來說管理較爲簡單，存在的連接都是有用的連接，不需要額外(wài)的控制手段。但如果客戶請求頻(pín)繁，将在 TCP 的建立和關閉操作上浪費(fèi)時間和帶寬。

長連接和短連接的産生(shēng)在于 client 和 server 采取的關閉策略，具體(tǐ)的應用場景采用具體(tǐ)的策略，沒有十全十美的選擇，隻有合适的選擇。

5、什麽時候用長連接，短連接？

長連接多用于操作頻(pín)繁，點對點的通訊，而且連接數不能太多情況。每個 TCP 連接都需要三步握手，這需要時間，如果每個操作都是先連接，再操作的話(huà)那麽處理速度會降低很多，所以每個操作完後都不斷開(kāi)，次處理時直接發送數據包就 OK 了，不用建立 TCP 連接。例如：數據庫的連接用長連接， 如果用短連接頻(pín)繁的通信會造成 socket 錯誤，而且頻(pín)繁的 socket 創建也是對資(zī)源的浪費(fèi)。
而像 WEB 網站的 http 服務一(yī)般都用短鏈接，因爲長連接對于服務端來說會耗費(fèi)一(yī)定的資(zī)源，而像 WEB 網站這麽頻(pín)繁的成千上萬甚至上億客戶端的連接用短連接會更省一(yī)些資(zī)源，如果用長連接，而且同時有成千上萬的用戶，如果每個用戶都占用一(yī)個連接的話(huà)，那可想而知(zhī)吧。所以并發量大(dà)，但每個用戶無需頻(pín)繁操作情況下(xià)需用短連好。

6、長連接和短連接的生(shēng)命周期有多久？

短連接在建立連接後，完成一(yī)次讀寫就會自動關閉了。

正常情況下(xià)，一(yī)條TCP長連接建立後，隻要雙不提出關閉請求并且不出現異常情況，這條連接是一(yī)直存在的，操作系統不會自動去(qù)關閉它，甚至經過物(wù)理網絡拓撲的改變之後仍然可以使用。所以一(yī)條連接保持幾天、幾個月、幾年或者更長時間都有可能，隻要不出現異常情況或由用戶（應用層）主動關閉。

在編程中(zhōng)，往往需要建立一(yī)條TCP連接，并且長時間處于連接狀态。所謂的TCP長連接并沒有确切的時間限制，而是說這條連接需要的時間比較長。

7、怎樣檢測長連接是否中(zhōng)斷？

1、在應用層使用heartbeat來主動檢測

對于實時性要求較高的網絡通信程序，往往需要更加及時的獲取已經中(zhōng)斷的連接，從而進行及時的處理。但如果對方的連接異常中(zhōng)斷，往往是不能及時的得到對方連接已經中(zhōng)斷的信息，操作系統檢測連接是否中(zhōng)斷的時間間隔默認是比較長的，即便它能夠檢測到，但卻不符合我(wǒ)(wǒ)們的實時性需求，所以需要我(wǒ)(wǒ)們進行手工(gōng)去(qù)不斷探測。

2、改變socket的keepalive選項，以使socket檢測連接是否中(zhōng)斷的時間間隔更小(xiǎo)，以滿足我(wǒ)(wǒ)們的及時性需求。有關的幾個選項使用和解析如下(xià)：

A、我(wǒ)(wǒ)們在檢測對端以一(yī)種非優雅的方式斷開(kāi)連接的時候，可以設置SO_KEEPALIVE屬性使得我(wǒ)(wǒ)們在2小(xiǎo)時以後發現對方的TCP連接是否依然存在。用法如下(xià)：

keepAlive = 1；setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_KEEPALIVE, (void*)&keepAlive, sizeof(keepAlive));

B、如果我(wǒ)(wǒ)們不想使用這麽長的等待時間，可以修改内核關于網絡方面的配置參數，也可設置SOCKET的TCP層（SOL_TCP）選項TCP_KEEPIDLE、TCP_KEEPINTVL和TCP_KEEPCNT。

TCP_KEEPIDLE：開(kāi)始首次KeepAlive探測前的TCP空閉時間（默認2h）

TCP_KEEPINTVL：兩次KeepAlive探測間的時間間隔（默認75s）

TCP_KEEPCNT：斷開(kāi)前的KeepAlive探測次數

如果心跳函數要維護客戶端的存活，即服務器必須每隔一(yī)段時間必須向客戶段發送一(yī)定的數據，那麽使用SO_KEEPALIVE是有很大(dà)的不足的。因爲SO_KEEPALIVE選項指"此套接口的任一(yī)方向都沒有數據交換"。在Linux 2.6系列上，上面話(huà)的理解是隻要打開(kāi)SO_KEEPALIVE選項的套接口端檢測到數據發送或者數據接受就認爲是數據交換。因此在這種情況下(xià)使用 SO_KEEPALIVE選項 檢測對方是否非正常連接是完全沒有作用的，在每隔一(yī)段時間發包的情況， keep-alive的包是不可能被發送的。上層程序在非正常斷開(kāi)的情況下(xià)是可以正常發送包到緩沖區的。非正常端開(kāi)的情況是指服務器沒有收到"FIN" 或者 "RST"包。