关于HTTP中的keep-alive

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一. 关于HTTP

    首先，HTTP是超文本传输协议，是一个基于请求与响应模式的、无状态的、应用层的协议，常基于TCP的连接方式，其主要特点有如下：

1. 支持客户/服务器模式；

2. 简单快速：客户向服务器请求服务时，只需传送请求方法和路径。请求方法常用的有GET、HEAD、POST。每种方法规定了客户与服务器联系的类型不同。由于HTTP协议简单，使得HTTP服务器的程序规模小，因而通信速度很快；

3. 灵活：HTTP允许传输任意类型的数据对象。正在传输的类型由Content-Type加以标记；

4. 无连接：无连接的含义是限制每次连接只处理一个请求。服务器处理完客户的请求，并收到客户的应答后，即断开连接。采用这种方式可以节省传输时间；

5. 无状态：HTTP协议是无状态协议。无状态是指协议对于事务处理没有记忆能力。缺少状态意味着如果后续处理需要前面的信息，则它必须重传，这样可能导致每次连接传送的数据量增大。另一方面，在服务器不需要先前信息时它的应答就较快

二. keep-alive

    既然上面提到了HTTP是基于请求与响应的，且最主要的两个特点就是无连接和无状态，但需要说明的是，虽然是无连接的，但其底层也就是传输层大多却是基于 TCP面向连接的通信方式，因此，这里的无连接指的是：当server端和client端进行通讯的时候，client端向server端发起请 求，server端接收请求之后返回给client端一个响应，之后就会断开不再继续保持连接了；这样有一个好处就是对于只有一次访问的连接来说不仅节省 资源还很高效，但很明显，如果client端还想继续多次访问server端就需要重新建立连接也就是会多次进行TCP的“三次握手，四次挥手”的过程， 这样一来并没有节省资源而且还很低效，因此，使用keep-alive（又称持久连接、连接重用）可以改善这种状态，即在一次TCP连接中可以持续发送多份数据而不会断开连接。通过使用keep-alive机制，避免了建立或者重新建立连接的次数，也意味着可以减少TIME_WAIT状态连接，以此提高性能和提高httpd服务器的吞吐率(更少的TCP连接意味着更少的系统内核调用,socket的accept()和close()调用)。

    HTTP 1.0 中keep-alive默认是关闭的，需要在HTTP头加入"Connection: Keep-Alive"，才能启用Keep-Alive；HTTP 1.1中默认启用Keep-Alive，如果加入"Connection: close "，才关闭。目前大部分浏览器都是用HTTP 1.1协议，也就是说默认都会发起Keep-Alive的连接请求了，所以是否能完成一个完整的Keep- Alive连接就看服务器设置情况。

    其中，RFC 2616 （P47）指出：单用户客户端与任何服务器或代理之间的连接数不应该超过2个。一个代理与其它服务器或代码之间应该使用不超过2 * N的活跃并发连接。这是为了提高HTTP响应时间，避免拥塞（冗余的连接并不能代码执行性能的提升）。

三. keep-alive timeout时间

    keep-alive并不是免费的午餐，长时间的TCP连接容易导致系统资源无效占用，配置不当的keep-alive 有时比重复利用连接带来的损失还更大；因此，正确地设置keep-alive timeout时间非常重要。

    httpd守护进程一般都提供了keep-alive timeout时间设置参数，比如nginx的keepalive_timeout和Apache的keepalivetimeout。这个 keepalive_timeout时间值意味着：一个http产生的TCP连接在传送完最后一个响应后，还需要保持keepalive_timeout 时间后才开始关闭这个连接；

    在没有设置keepalive_timeout的情况下，一个socket资源从建立到真正释放所需要经过的时间是：建立TCP连接（三次握手）+传送http请求+脚本指向+传送http响应+关闭TCP连接（四次挥手）+主动关闭的一方进入TIME_WAIT的2MSL等待时间；

    当设定了keepalive_timeout时间之后，一个socket由建立到释放所需要经过的时间是：TCP建立连接（三次握手）+（最后一次响应 - 第一次请求时间）+TCP关闭连接（四次挥手）+2MSL； 也就是说，当使用keep-alive机制的时候，当一次请求-响应结束之后，这个连接还会继续维持上keepalive_timeout时间，如果在这 个时间内client端还有请求发过来，那么server端会继续处理给予响应，如果keepalive_timeout时间计时结束后，就会进入TCP 释放连接的阶段，因此也就会结束掉这次通信；

四. keep-alive模式的使用

    虽然keep-alive模式可以降低TCP连接的次数提高效率，但并不是什么情况下都适合使用keep-alive机制的，如下举个栗子：

    比如很多网页中图片、CSS、JS、Html都在一台Server上，当用户访问其中的Html网页时，网页中的图片、Css、Js都构成了访问请求，打开KeepAlive属性可以有效地降低TCP握手的次数(当然浏览器对同一域下同时请求的图片数有限制，一般是2)，减少httpd进程数，从而降低内存的使用(假定prefork模式)。MaxKeepAliveRequests和KeepAliveTimeOut两个属性在KeepAlive=On时起作用，可以控制持久连接的生存时间和最大服务请求数。 

             不过，上面说的只是一种情形，那就是静态网页居多的情况下，并且网页中的其他请求与网页在同一台Server上。当你的应用动态程序(比如：php)居多，用户访问时由动态程序即时生成html内容，html内容中图片素材和Css、Js等比较少或者散列在其他Server上时，KeepAlive=On反而会降低Apache的性能。为什么呢？

             前面提到过，KeepAlive=On时，每次用户访问，打开一个TCP连接，Apache都会保持该连接一段时间，以便该连接能连续为同一client服务，在KeepAliveTimeOut还没到期并且MaxKeepAliveRequests还没到阈值之前，Apache必然要有一个httpd进程来维持该连接，httpd进程不是廉价的，他要消耗内存和CPU时间片的。假如当前Apache每秒响应100个用户访问，KeepAliveTimeOut=5，此时httpd进程数就是100*5=500个(prefork模式)，一个httpd进程消耗5M内存的话，就是500*5M=2500M=2.5G，夸张吧？当然，Apache与Client只进行了100次TCP连接。如果你的内存够大，系统负载不会太高，如果你的内存小于2.5G，就会用到Swap，频繁的Swap切换会加重CPU的Load。
             现在我们关掉KeepAlive，Apache仍然每秒响应100个用户访问，因为我们将图片、js、css等分离出去了，每次访问只有1个request，此时httpd的进程数是100*1=100个，使用内存100*5M=500M，此时Apache与Client也是进行了100次TCP连接。性能却提升了太多。

因此，总结：

1. 当你的Server内存充足时，KeepAlive=On还是Off对系统性能影响不大；

2. 当你的Server上静态网页(Html、图片、Css、Js)居多时，建议打开KeepAlive；

3. 当你的Server多为动态请求(因为连接数据库，对文件系统访问较多)，KeepAlive关掉，会节省一定的内存，节省的内存正好可以作为文件系统的Cache(vmstat命令中cache一列)，降低I/O压力；

PS：当KeepAlive=On时，KeepAliveTimeOut的设置其实也是一个问题，设置的过短，会导致Apache频繁建立连接，给Cpu造成压力，设置的过长，系统中就会堆积无用的Http连接，消耗掉大量内存，具体设置多少，可以进行不断的调节，因你的网站浏览和服务器配置而异。

本文出自 “事在人为，知在天意” 博客，请务必保留此出处http://yangsj.blog.51cto.com/8702844/1788298

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