TCP协议之长连接和短连接

前言

TCP在真正开始进行数据传输之前，Server 和 Client 之间必须建立一个连接。当数据传输完成后，双方不再需要这个连接时，就可以释放这个连接。

TCP连接的建立是通过三次握手，而连接的释放是通过四次挥手。所以说，每个TCP连接的建立和释放都是需要消耗资源和时间成本的。

TCP短连接

模拟一种TCP短连接的情况：

1. client 向 server 发起连接请求
2. server 收到连接请求，双方建立TCP连接
3. client 向 server 发送消息
4. server 回应 client 消息
5. 一次读写完成，此时双方任何一方都可以发起关闭连接请求，即close操作。

在步骤5中，一般都是 client 先发起close操作。从上面的描述来看，短连接一般只会在 client 和 server 之间传递一次读写操作。

短连接的操作过程：建立连接 ——> 传输数据 ——> 关闭连接。

TCP长连接

模拟一种长连接的情况：

1. client 向 server 发起连接请求
2. server 收到连接请求，双方建立TCP连接
3. client 向 server 发送消息
4. server 回应 client 消息
5. 一次读写完成，TCP连接不关闭
6. 后续读写操作...
7. 长时间操作之后，client 发起关闭连接请求

TCP长连接是指在连接成功建立之后，即使通信双方没有数据传输也要保持连接，使其不断开。

长连接的操作步骤：建立连接 ——> 传输数据 ——> ... (保持连接) ... ——> 传输数据 ——> 关闭连接

长连接和短连接的优缺点

短连接的优缺点

优点：管理起来比较简单，存在的连接都是有用的连接，不需要额外的控制手段。

缺点：由于TCP的建立和关闭操作需要一定的系统开销，如果客户端连接请求频繁，会降低服务器的处理速度、浪费系统资源和带宽。

长连接的优缺点

优点：长连接可以省去较多的TCP连接的建立和关闭的操作，减少浪费，节约时间。

缺点：client 与 server 之间的连接如果一直不关闭的话，会存在一个问题，随着客户端的连接越来越多，服务器的负载压力会增大，降低服务器的整体性能，更严重者，可能导致服务器崩溃；其次，如果大量处于连接状态的TCP通信双方长时间没有进行数据传输，这也会浪费系统和网络资源。

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长连接/短连接的应用场景

• 长连接一般多用于需要频繁进行读写操作，点对点通讯，而且连接数不太多的情况。

例如：数据库的连接通常使用长连接，如果用短连接的话，频繁的TCP socket创建和关闭，会造成socket错误，也是对资源的一种浪费。

• 短连接一般用于不需要频繁进行读写操作，并且连接数很大的情况下。

例如：web网站的http服务一般都用短连接。因为长连接对于服务器来说是要耗费一定的系统资源的，像web网站服务，通常会有大量的客户端连接请求，并发连接量大，使用短连接会更节省系统资源，能够及时响应客户请求。

总结：长连接和短连接的选择要具体需求、实际情况而定。

长连接的保活机制

对于TCP长连接，当通信双方在没有数据传输的时候，如何保持TCP连接一直处于“保活(KeepAlive)”状态，这是一个必须要解决的问题。

在Linux系统中，我们可以使用 netstat、lsof等命令可以查看TCP连接是否处于“ESTABLISHED”状态。

TCP保活的必要性

（1）很多防火墙会主动关闭空闲的socket。

（2）可能出现的非正常断连，服务器并不能检测到，为了回收已断连的socket资源，必须提供一种检测机制。

导致TCP非正常断连的可能原因：
（1）网络故障
（2）客户端/服务端一侧突然断电或者进程崩溃

保活机制的方式

6.2.1 应用层的心跳机制

在应用层中使用心跳(heartbeat)机制来主动检测。具体做法：当TCP连接建立成功后，客户端开启一个定时任务，定时对已经建立连接的对端发送一个心跳请求消息，服务器收到该心跳消息后，返回一个心跳应答消息。如果在超时时间内没有收到服务器的应答消息，则重发心跳请求消息，如果客户端持续多次没有响应，客户端则可以认为该TCP连接不可用，主动断开连接。当然，也可以是服务器端主动发送心跳请求消息给客户端。

TCP协议自带的保活机制

Linux内核自带的保活机制keep-alive。使用的时候只需要打开keep-alive功能即可。

TCP的Keepalive机制的作用是在于探测连接的对端是否存活。

工作原理：TCP keep-alive是通过在空闲时发送TCP Keep-Alive数据包，然后对方回应TCP Keep-Alive ACK来实现的。

在socket网络编程中，需要设置一个socket选项 SO_KEEPALIVE，才能开启keepalive机制。代码描述如下：

在Linux的keepalive机制中，有3个重要的内核参数：tcp_keepalive_time、tcp_keepalive_probes 和 tcp_keepalive_intvl。

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