HTTP协议的Keep-Alive 模式

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HTTP协议的Keep-Alive 模式

HTTP定义

HTTP构建于TCP/IP协议之上，默认端口号是80。一般来说，由HTTP客户端发起一个请求，创建一个到服务器指定端口（默认是80端口）的TCP连接。HTTP服务器则在那个端口监听客户端的请求。一旦收到请求，服务器会向客户端返回一个状态，比如"HTTP/1.1 200 OK"，以及返回的内容，如请求的文件、错误消息、或者其它信息。

HTTP请求方法有多种，一般常用的是GET，POST，PUT，DELETE。
每个请求一般包括以下内容

请求报文（请求行，请求头部，空行，请求包体）

• 请求行
  由请求方法字段、URL 字段 和HTTP 协议版本字段 3 个部分组成，他们之间使用空格隔开。常用的 HTTP 请求方法有 GET、POST。
• 请求头部
  为请求报文添加了一些附加信息，由“key/value”对组成，每行一对，请求头部通知服务器有关于客户端请求的信息，典型的请求头有：如，User-Agent --- 请求的浏览器类型
• 空行
  表示最后一个请求头部之后是一个空行，发送回车符和换行符，通知服务器以下不再有请求头部，因为头部是由多个“key/value”对组成，空行的作用表示结束。
• 请求包体
  请求包体不在GET方法中使用，而是POST方法中使用。

GET方法的请求报文示例

image.png

需要注意的是， GET 和 POST 的一个主要区别是请求附带的数据一个在URL里，一个在 HTTP 包的请求包体里，POST请求附带的数据一般支持form、json、xml等数据格式。这个格式由请求头部Content-Type来规定。

响应报文（状态行，响应头部，空行，响应包体）

由状态行、响应头部、空行、响应包体4个部分组成。

• 状态行
  由HTTP 协议版本字段、状态码（如404）和状态码的描述文本3个部分组成
• 响应头部
  由“key/value”对组成，每行一对
• 空行
  最后一个响应头部之后是一个空行，发送回车符和换行符，通知服务器以下不再有响应头部。
• 响应包体
  服务器返回给客户端的文本信息。

响应报文示例

image.png

Keep-Alive模式

由上面的示例可以看到里面的请求头部和响应头部都有一个key-valueConnection: Keep-Alive，这个键值对的作用是让HTTP保持连接状态，因为HTTP 协议采用“请求-应答”模式，当使用普通模式，即非 Keep-Alive 模式时，每个请求/应答客户和服务器都要新建一个连接，完成之后立即断开连接（HTTP 协议为无连接的协议）；当使用 Keep-Alive 模式时，Keep-Alive 功能使客户端到服务器端的连接持续有效。

在HTTP 1.1版本后，默认都开启Keep-Alive模式，只有加入加入 Connection: close才关闭连接，当然也可以设置Keep-Alive模式的属性，例如 Keep-Alive: timeout=5, max=100，表示这个TCP通道可以保持5秒，max=100，表示这个长连接最多接收100次请求就断开。

Keep-Alive模式下如何知道某一次数据传输结束

如果不是Keep-Alive模式，HTTP协议中客户端发送一个请求，服务器响应其请求，返回数据。服务器通常在发送回所请求的数据之后就关闭连接。这样客户端读数据时会返回EOF（-1），就知道数据已经接收完全了。
但是如果开启了 Keep-Alive模式，那么客户端如何知道某一次的响应结束了呢？

以下有两个方法

• 如果是静态的响应数据，可以通过判断响应头部中的Content-Length 字段，判断数据达到这个大小就知道数据传输结束了。

• 但是返回的数据是动态变化的，服务器不能第一时间知道数据长度，这样就没有 Content-Length 关键字了。这种情况下，服务器是分块传输数据的，Transfer-Encoding：chunk，这时候就要根据传输的数据块chunk来判断，数据传输结束的时候，最后的一个数据块chunk的长度是0。

TCP的Keep Alive

HTTP的Keep-Alive与TCP的Keep Alive，有些不同，两者意图不一样。前者主要是 TCP连接复用，避免建立过多的TCP连接。而TCP的Keep Alive的意图是在于保持TCP连接的存活，就是发送心跳包。隔一段时间给连接对端发送一个探测包，如果收到对方回应的 ACK，则认为连接还是存活的，在超过一定重试次数之后还是没有收到对方的回应，则丢弃该 TCP 连接。

短连接

所谓短连接，及连接只保持在数据传输过程，请求发起，连接建立，数据返回，连接关闭。它适用于一些实时数据请求，配合轮询来进行新旧数据的更替。

长连接

长连接便是在连接发起后，在请求关闭连接前客户端与服务端都保持连接，实质是保持这个通信管道，之后便可以对其进行复用。
它适用于涉及消息推送，请求频繁的场景（直播，流媒体）。连接建立后，在该连接下的所有请求都可以重用这个长连接管道，避免了频繁了连接请求，提升了效率。

使用HTTP建立长连接

当需要建立 HTTP 长连接时，HTTP 请求头将包含如下内容：
Connection: Keep-Alive
如果服务端同意建立长连接，HTTP 响应头也将包含如下内容：
Connection: Keep-Alive
当需要关闭连接时，HTTP 头中会包含如下内容：
Connection: Close

HTTP版本区别

HTTP/1.0与HTTP/1.1

主要体现在长连接与部分发送上面

• 在 HTTP/1.0 时代，每一个请求都会重新建立一个 TCP 连接，一旦响应返回，就关闭连接，这种就是短连接，HTTP/1.1版本就支持Keep-Alive 模式，实现长连接了。
• HTTP 1.1支持只发送header信息(不带任何body信息)，如果服务器认为客户端有权限请求服务器，则返回100，否则返回401。客户端如果接受到100，才开始把请求body发送到服务器。这样当服务器返回401的时候，客户端就可以不用发送请求body了，节约了带宽。

HTTP/1.1 与HTTP/2.0

主要体现在多路复用上面。

• HTTP2.0使用了多路复用的技术，做到同一个连接并发处理多个请求，而且并发请求的数量比HTTP1.1大了好几个数量级。当然HTTP1.1也可以多建立几个TCP连接，来支持处理更多并发的请求，但是创建TCP连接本身也是有开销的。

• 支持header数据压缩

• 支持服务器推送