簡(jiǎn)單了解TCP中設(shè)計(jì)的短連接和長(zhǎng)連接

這個(gè)話題就有的聊了，會(huì)牽扯到比較多的知識(shí)點(diǎn)。首先需要明確一點(diǎn)，為什么需要連接的報(bào)活？當(dāng)雙方已經(jīng)建立了連接，但因?yàn)?a href="http://ttokpm.com/v/tag/1722/" target="_blank">網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題，鏈路不通，這樣長(zhǎng)連接就不能使用了。需要明確的一點(diǎn)是，通過(guò) netstat，lsof 等指令查看到連接的狀態(tài)處于 ESTABLISHED 狀態(tài)并不是一件非?？孔V的事，因?yàn)檫B接可能已死，但沒(méi)有被系統(tǒng)感知到，更不用提假死這種疑難雜癥了。如果保證長(zhǎng)連接可用是一件技術(shù)活。

6 連接的保活：KeepAlive

首先想到的是 TCP 中的 KeepAlive 機(jī)制。KeepAlive 并不是 TCP 協(xié)議的一部分，但是大多數(shù)操作系統(tǒng)都實(shí)現(xiàn)了這個(gè)機(jī)制。KeepAlive 機(jī)制開(kāi)啟后，在一定時(shí)間內(nèi)（一般時(shí)間為 7200s，參數(shù) tcp_keepalive_time）在鏈路上沒(méi)有數(shù)據(jù)傳送的情況下，TCP 層將發(fā)送相應(yīng)的KeepAlive探針以確定連接可用性，探測(cè)失敗后重試 10（參數(shù) tcp_keepalive_probes）次，每次間隔時(shí)間 75s（參數(shù) tcp_keepalive_intvl），所有探測(cè)失敗后，才認(rèn)為當(dāng)前連接已經(jīng)不可用。

在 Netty 中開(kāi)啟 KeepAlive：

bootstrap.option（ChannelOption.TCP_NODELAY，true）

Linux 操作系統(tǒng)中設(shè)置 KeepAlive 相關(guān)參數(shù)，修改 /etc/sysctl.conf 文件：

net.ipv4.tcp_keepalive_time=90 net.ipv4.tcp_keepalive_intvl=15 net.ipv4.tcp_keepalive_probes=2

KeepAlive 機(jī)制是在網(wǎng)絡(luò)層面保證了連接的可用性，但站在應(yīng)用框架層面我們認(rèn)為這還不夠。主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：

KeepAlive 的開(kāi)關(guān)是在應(yīng)用層開(kāi)啟的，但是具體參數(shù)（如重試測(cè)試，重試間隔時(shí)間）的設(shè)置卻是操作系統(tǒng)級(jí)別的，位于操作系統(tǒng)的 /etc/sysctl.conf 配置中，這對(duì)于應(yīng)用來(lái)說(shuō)不夠靈活。

KeepAlive 的?；顧C(jī)制只在鏈路空閑的情況下才會(huì)起到作用，假如此時(shí)有數(shù)據(jù)發(fā)送，且物理鏈路已經(jīng)不通，操作系統(tǒng)這邊的鏈路狀態(tài)還是 ESTABLISHED，這時(shí)會(huì)發(fā)生什么？自然會(huì)走 TCP 重傳機(jī)制，要知道默認(rèn)的 TCP 超時(shí)重傳，指數(shù)退避算法也是一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的過(guò)程。

KeepAlive 本身是面向網(wǎng)絡(luò)的，并不是面向于應(yīng)用的，當(dāng)連接不可用時(shí)，可能是由于應(yīng)用本身 GC 問(wèn)題，系統(tǒng) load 高等情況，但網(wǎng)絡(luò)仍然是通的，此時(shí)，應(yīng)用已經(jīng)失去了活性，所以連接自然應(yīng)該認(rèn)為是不可用的。

看來(lái)，應(yīng)用層面的連接?；钸€是必須要做的。

7 連接的保活：應(yīng)用層心跳

終于點(diǎn)題了，文題中提到的心跳便是一個(gè)本文想要重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的另一個(gè) TCP 相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)。上一節(jié)我們已經(jīng)解釋過(guò)了，網(wǎng)絡(luò)層面的 KeepAlive 不足以支撐應(yīng)用級(jí)別的連接可用性，本節(jié)就來(lái)聊聊應(yīng)用層的心跳機(jī)制是實(shí)現(xiàn)連接保活的。

如何理解應(yīng)用層的心跳？簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是客戶(hù)端會(huì)開(kāi)啟一個(gè)定時(shí)任務(wù)，定時(shí)對(duì)已經(jīng)建立連接的對(duì)端應(yīng)用發(fā)送請(qǐng)求（這里的請(qǐng)求是特殊的心跳請(qǐng)求），服務(wù)端則需要特殊處理該請(qǐng)求，返回響應(yīng)。如果心跳持續(xù)多次沒(méi)有收到響應(yīng)，客戶(hù)端會(huì)認(rèn)為連接不可用，主動(dòng)斷開(kāi)連接。不同的服務(wù)治理框架對(duì)心跳，建連，斷連，拉黑的機(jī)制有不同的策略，但大多數(shù)的服務(wù)治理框架都會(huì)在應(yīng)用層做心跳，Dubbo 也不例外。

8 應(yīng)用層心跳的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)

以 Dubbo 為例，支持應(yīng)用層的心跳，客戶(hù)端和服務(wù)端都會(huì)開(kāi)啟一個(gè) HeartBeatTask，客戶(hù)端在 HeaderExchangeClient 中開(kāi)啟，服務(wù)端將在 HeaderExchangeServer 開(kāi)啟。文章開(kāi)頭埋了一個(gè)坑：Dubbo 為什么在服務(wù)端同時(shí)維護(hù) Map

// HeartBeatTask if （channel instanceof Client） {

（（Client） channel）.reconnect（）;

} else { channel.close（）;

}

熟悉其他 RPC 框架的同學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)，不同框架的心跳機(jī)制真的是差距非常大。心跳設(shè)計(jì)還跟連接創(chuàng)建，重連機(jī)制，黑名單連接相關(guān)，還需要具體框架具體分析。

除了定時(shí)任務(wù)的設(shè)計(jì)，還需要在協(xié)議層面支持心跳。最簡(jiǎn)單的例子可以參考 nginx 的健康檢查，而針對(duì) Dubbo 協(xié)議，自然也需要做心跳的支持，如果將心跳請(qǐng)求識(shí)別為正常流量，會(huì)造成服務(wù)端的壓力問(wèn)題，干擾限流等諸多問(wèn)題。

其中 Flag 代表了 Dubbo 協(xié)議的標(biāo)志位，一共 8 個(gè)地址位。低四位用來(lái)表示消息體數(shù)據(jù)用的序列化工具的類(lèi)型（默認(rèn) hessian），高四位中，第一位為1表示是 request 請(qǐng)求，第二位為 1 表示雙向傳輸（即有返回response），第三位為 1 表示是心跳事件。

心跳請(qǐng)求應(yīng)當(dāng)和普通請(qǐng)求區(qū)別對(duì)待。

9 注意和 HTTP 的 KeepAlive 區(qū)別對(duì)待

HTTP 協(xié)議的 KeepAlive 意圖在于連接復(fù)用，同一個(gè)連接上串行方式傳遞請(qǐng)求-響應(yīng)數(shù)據(jù)

TCP 的 KeepAlive 機(jī)制意圖在于?；睢⑿奶?，檢測(cè)連接錯(cuò)誤。

這壓根是兩個(gè)概念。

10 KeepAlive 常見(jiàn)異常

啟用 TCP KeepAlive 的應(yīng)用程序，一般可以捕獲到下面幾種類(lèi)型錯(cuò)誤

ETIMEOUT 超時(shí)錯(cuò)誤，在發(fā)送一個(gè)探測(cè)保護(hù)包經(jīng)過(guò) （tcpkeepalivetime + tcpkeepaliveintvl * tcpkeepaliveprobes）時(shí)間后仍然沒(méi)有接收到 ACK 確認(rèn)情況下觸發(fā)的異常，套接字被關(guān)閉 java java.io.IOException:Connectiontimedout

EHOSTUNREACH host unreachable（主機(jī)不可達(dá)）錯(cuò)誤，這個(gè)應(yīng)該是 ICMP 匯報(bào)給上層應(yīng)用的。 java java.io.IOException:Noroute to host

鏈接被重置，終端可能崩潰死機(jī)重啟之后，接收到來(lái)自服務(wù)器的報(bào)文，然物是人非，前朝往事，只能報(bào)以無(wú)奈重置宣告之。 java java.io.IOException:Connectionresetbypeer

11 總結(jié)

有三種使用 KeepAlive 的實(shí)踐方案：

1.默認(rèn)情況下使用 KeepAlive 周期為 2 個(gè)小時(shí)，如不選擇更改，屬于誤用范疇，造成資源浪費(fèi)：內(nèi)核會(huì)為每一個(gè)連接都打開(kāi)一個(gè)?；钣?jì)時(shí)器，N 個(gè)連接會(huì)打開(kāi) N 個(gè)?；钣?jì)時(shí)器。 優(yōu)勢(shì)很明顯：

TCP 協(xié)議層面?；钐綔y(cè)機(jī)制，系統(tǒng)內(nèi)核完全替上層應(yīng)用自動(dòng)給做好了

內(nèi)核層面計(jì)時(shí)器相比上層應(yīng)用，更為高效

上層應(yīng)用只需要處理數(shù)據(jù)收發(fā)、連接異常通知即可

數(shù)據(jù)包將更為緊湊

2.關(guān)閉 TCP 的 KeepAlive，完全使用應(yīng)用層心跳?；顧C(jī)制。由應(yīng)用掌管心跳，更靈活可控，比如可以在應(yīng)用級(jí)別設(shè)置心跳周期，適配私有協(xié)議。

3.業(yè)務(wù)心跳 + TCP KeepAlive 一起使用，互相作為補(bǔ)充，但 TCP 保活探測(cè)周期和應(yīng)用的心跳周期要協(xié)調(diào)，以互補(bǔ)方可，不能夠差距過(guò)大，否則將達(dá)不到設(shè)想的效果。

各個(gè)框架的設(shè)計(jì)都有所不同，例如 Dubbo 使用的是方案三，但阿里內(nèi)部的 HSF 框架則沒(méi)有設(shè)置 TCP 的 KeepAlive，僅僅由應(yīng)用心跳?；?。和心跳策略一樣，這和框架整體的設(shè)計(jì)相關(guān)。