當(dāng)面試官問(wèn)你：TCP 通信過(guò)程中的長(zhǎng)連接與短連接是什么？

你應(yīng)該如何回答？你會(huì)嗎？

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)通信采用tcp協(xié)議時(shí)，在真正的讀寫(xiě)操作之前，sever與client之間必須建立一個(gè)連接，當(dāng)讀寫(xiě)操作完成之后，對(duì)方不再需要這個(gè)連接時(shí)他們可以釋放這個(gè)鏈接，連接的連接需要三次握手：

釋放需要四次握手：

也就是說(shuō)每個(gè)連接的建立都是需要消耗資源和時(shí)間的。

tcp 連接

短連接

模擬一種TCP短連接的情況:

client 向 server 發(fā)起連接請(qǐng)求

server 接到請(qǐng)求，雙方建立連接

client 向 server 發(fā)送消息

server 回應(yīng) client

一次讀寫(xiě)完成，此時(shí)雙方任何一個(gè)都可以發(fā)起 close 操作

一般都是 client 先發(fā)起 close 操作。當(dāng)然也不排除有特殊的情況。

從上面的描述看，短連接一般只會(huì)在 client/server 間傳遞一次讀寫(xiě)操作！

短連接的操作步驟是：

建立連接——數(shù)據(jù)傳輸——關(guān)閉連接…建立連接——數(shù)據(jù)傳輸——關(guān)閉連接

優(yōu)缺點(diǎn)

短連接對(duì)于服務(wù)器來(lái)說(shuō)管理較為簡(jiǎn)單，存在的連接都是有用的連接，不需要額外的控制手段。但如果客戶(hù)請(qǐng)求頻繁，將在TCP的建立和關(guān)閉操作上浪費(fèi)時(shí)間和帶寬。

應(yīng)用場(chǎng)景

而像WEB網(wǎng)站的http服務(wù)一般都用短鏈接，因?yàn)殚L(zhǎng)連接對(duì)于服務(wù)端來(lái)說(shuō)會(huì)耗費(fèi)一定的資源，而像WEB網(wǎng)站這么頻繁的成千上萬(wàn)甚至上億客戶(hù)端的連接用短連接會(huì)更省一些資源，如果用長(zhǎng)連接，而且同時(shí)有成千上萬(wàn)的用戶(hù)，如果每個(gè)用戶(hù)都占用一個(gè)連接的話(huà)，那可想而知吧。所以并發(fā)量大，但每個(gè)用戶(hù)無(wú)需頻繁操作情況下需用短連好。

TCP長(zhǎng)連接

模擬一種長(zhǎng)連接的情況:

client 向 server 發(fā)起連接

server 接到請(qǐng)求，雙方建立連接

client 向 server 發(fā)送消息

server 回應(yīng) client

一次讀寫(xiě)完成，連接不關(guān)閉

后續(xù)讀寫(xiě)操作…

長(zhǎng)時(shí)間操作之后client發(fā)起關(guān)閉請(qǐng)求

長(zhǎng)連接的操作步驟是：

建立連接——數(shù)據(jù)傳輸…（保持連接）…數(shù)據(jù)傳輸——關(guān)閉連接

保持連接用到了TCP?；罟δ?/p>

優(yōu)缺點(diǎn)：

長(zhǎng)連接可以省去較多的TCP建立和關(guān)閉的操作，減少浪費(fèi)，節(jié)約時(shí)間。對(duì)于頻繁請(qǐng)求資源的客戶(hù)來(lái)說(shuō)，適合長(zhǎng)連接

client與server之間的連接如果一直不關(guān)閉的話(huà)，會(huì)存在一個(gè)問(wèn)題，隨著客戶(hù)端連接越來(lái)越多，server早晚有扛不住的時(shí)候，這時(shí)候server端需要采取一些策略，如關(guān)閉一些長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有讀寫(xiě)事件發(fā)生的連接，這樣可以避免一些惡意連接導(dǎo)致server端服務(wù)受損；如果條件再允許就可以以客戶(hù)端機(jī)器為顆粒度，限制每個(gè)客戶(hù)端的最大長(zhǎng)連接數(shù)，這樣可以完全避免某個(gè)蛋疼的客戶(hù)端連累后端服務(wù)。

應(yīng)用場(chǎng)景：

長(zhǎng)連接多用于操作頻繁，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通訊，而且連接數(shù)不能太多情況。每個(gè)TCP連接都需要三次握手，這需要時(shí)間，如果每個(gè)操作都是先連接，再操作的話(huà)那么處理速度會(huì)降低很多，所以每個(gè)操作完后都不斷開(kāi)，再次處理時(shí)直接發(fā)送數(shù)據(jù)包就OK了，不用建立TCP連接。

例如：數(shù)據(jù)庫(kù)的連接用長(zhǎng)連接，如果用短連接頻繁的通信會(huì)造成socket錯(cuò)誤，而且頻繁的socket 創(chuàng)建也是對(duì)資源的浪費(fèi)。

對(duì)比

短連接環(huán)境下，數(shù)據(jù)交互完畢后，會(huì)主動(dòng)釋放連接；如果使用的是長(zhǎng)連接的情況下，如果雙方已經(jīng)建立起了連接，但是很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)沒(méi)有數(shù)據(jù)交換，而客戶(hù)端可能意外斷電、死機(jī)、崩潰、重啟，還是中間路由網(wǎng)絡(luò)無(wú)故斷開(kāi)，這些TCP連接沒(méi)來(lái)得及正常釋放，那么，因?yàn)榉?wù)端不知道客戶(hù)端的情況，他就會(huì)一直維護(hù)這個(gè)連接，長(zhǎng)時(shí)間的積累會(huì)導(dǎo)致非常多的半打開(kāi)連接，造成服務(wù)端系統(tǒng)資源的消耗和浪費(fèi)。

所以服務(wù)端要做到快速感知失敗，減少無(wú)效連接操作，這就有了TCP的Keepalive（?；钐綔y(cè)）機(jī)制。

長(zhǎng)連接斷開(kāi)的原因

在長(zhǎng)連接的情況下，雙方的所有通信 都建立在1條長(zhǎng)連接上（1次TCP連接）；所以，長(zhǎng)連接 需要 持續(xù)保持雙方連接 才可使得雙方持續(xù)通信。

可是，長(zhǎng)連接會(huì)存在斷開(kāi)的情況，而斷開(kāi)原因主要是：

長(zhǎng)連接所在進(jìn)程被殺死

NAT超時(shí)

網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)發(fā)生變化

其他不可抗因素（網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)差、DHCP的租期等等 ）

原因1：進(jìn)程被殺死

當(dāng)進(jìn)程被殺死后，長(zhǎng)連接也會(huì)隨之?dāng)嚅_(kāi)。

原因2：NAT 超時(shí)（重點(diǎn)關(guān)注）

NAT超時(shí)現(xiàn)象如下

各運(yùn)營(yíng)商 & 地區(qū)的 NAT超時(shí)時(shí)間如下

特別注意：排除其他外因（網(wǎng)絡(luò)切換、NAT超時(shí)、人為原因），TCP長(zhǎng)連接在雙方都不斷開(kāi)連接的情況上，本質(zhì)上是不會(huì)自動(dòng)中斷的

即，不需要心跳包來(lái)維持。

驗(yàn)證：讓2臺(tái)電腦連上同1個(gè)Wifi（其中1臺(tái)做服務(wù)器, 另1臺(tái)做客戶(hù)端連接服務(wù)器（無(wú)設(shè)置KeepAlive）；只要電腦、路由器不斷網(wǎng)斷電，那么，2臺(tái)電腦的長(zhǎng)連接是不會(huì)自動(dòng)中斷的。

原因3：網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)發(fā)生變化

當(dāng)移動(dòng)客戶(hù)端網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)（如移動(dòng)網(wǎng)絡(luò) & Wifi切換、斷開(kāi)、重連），也會(huì)使長(zhǎng)連接斷開(kāi)。

原因4：其他不可抗因素

如網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)差、DHCP的租期到期等等，都會(huì)使得長(zhǎng)連接發(fā)生偶然的斷開(kāi)。

DHCP的租期到期：對(duì)于Android系統(tǒng)，DHCP到了租期后不會(huì)主動(dòng)續(xù)約 & 繼續(xù)使用過(guò)期IP,，從而導(dǎo)致長(zhǎng)連接斷開(kāi)。

高效維持長(zhǎng)連接的解決方案

在了解長(zhǎng)連接斷開(kāi)原因后，針對(duì)對(duì)應(yīng)原因，此處給出 高效維持長(zhǎng)連接的解決方案。

為此，若需有效維持長(zhǎng)連接，則需要做到。

其實(shí)，說(shuō)得簡(jiǎn)單點(diǎn)：高效維持長(zhǎng)連接的關(guān)鍵在于。

保活：處于連接狀態(tài)時(shí)盡量不要斷

斷線(xiàn)重連：斷了之后繼續(xù)重連回來(lái)

解決方案1：進(jìn)程?；?/p>

解決方案2：心跳?；顧C(jī)制

解決方案3：斷線(xiàn)重連機(jī)制

心跳?；顧C(jī)制簡(jiǎn)介

心跳?；顧C(jī)制的整體介紹如下

注：很多人容易混淆心跳機(jī)制 & 輪詢(xún)機(jī)制，此處給出二者區(qū)別。

主流心跳機(jī)制分析 & 對(duì)比

對(duì)國(guó)、內(nèi)外主流的移動(dòng)IM產(chǎn)品（WhatsApp、Line、微信）進(jìn)行了心跳機(jī)制的簡(jiǎn)單分析 & 對(duì)比，具體請(qǐng)看下圖 。

心跳機(jī)制方案 總體設(shè)計(jì)

下面，將根據(jù)市面上主流的心跳機(jī)制，設(shè)計(jì)一套心跳機(jī)制方案。

基本流程

設(shè)計(jì)要點(diǎn)

對(duì)于心跳機(jī)制方案設(shè)計(jì)的主要考慮因素 = 保證消息的實(shí)時(shí)性 & 耗費(fèi)設(shè)備的資源（網(wǎng)絡(luò)流量、電量、CPU等等）

從上圖可以看出，對(duì)于心跳機(jī)制方案設(shè)計(jì)的要點(diǎn)在于

心跳包的規(guī)格（內(nèi)容 & 大?。?/p>

心跳發(fā)送的間隔時(shí)間

斷線(xiàn)重連機(jī)制 （核心 = 如何 判斷長(zhǎng)連接的有效性）

在下面的方案設(shè)計(jì)中，將針對(duì)這3個(gè)問(wèn)題給出詳細(xì)的解決方案。

心跳機(jī)制方案詳細(xì)設(shè)計(jì)

心跳包的規(guī)格

為了減少流量 & 提高發(fā)送效率，需要精簡(jiǎn)心跳包的設(shè)計(jì)。

設(shè)計(jì)原則

主要從心跳包的內(nèi)容 & 大小入手，設(shè)計(jì)原則具體如下：

設(shè)計(jì)方案

心跳包 = 1個(gè)攜帶少量信息 & 大小在10字節(jié)內(nèi)的信息包。

心跳發(fā)送的間隔時(shí)間

為了防止NAT超時(shí) & 減少設(shè)備資源的消耗（網(wǎng)絡(luò)流量、電量、CPU等等），心跳發(fā)送的間隔時(shí)間是整個(gè)心跳機(jī)制方案設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

設(shè)計(jì)原則

設(shè)計(jì)方案

最直接 & 常用方案

一般，最直接 & 常用的心跳發(fā)送間隔時(shí)間設(shè)置方案 ：每隔估計(jì) x 分鐘發(fā)送心跳包1次。

其中，x ＜5分鐘即可。（綜合主流移動(dòng)IM產(chǎn)品，此處建議 x= 4分鐘）。

但是，這種方案存在一些問(wèn)題：