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客户端禁用Keep-alive, 服务端开启Keep-alive,会怎么样?

最近部署的web程序,在服务器上出现不少time_wait的连接状态,会占用tcp端口,费了几天时间排查。

之前我有结论:HTTP keep-alive 是在应用层对TCP连接的滑动续约复用,如果客户端、服务器稳定续约,就成了名副其实的长连接。

目前所有的HTTP网络库(不论是客户端、服务端)都默认开启了HTTP Keep-Alive,通过Request/Response的Connection标头来协商复用连接。

非常规做法导致的短连接

我手上有个项目,由于历史原因,客户端禁用了Keep-Alive,服务端默认开启了Keep-Alive,如此一来协商复用连接失败, 客户端每次请求会使用新的TCP连接, 也就是回退为短连接。

客户端强制禁用Keep-Alive

package main

import (
	"fmt"
	"io/ioutil"
	"log"
	"net/http"
	"time"
)

func main() {
	tr := http.Transport{
		DisableKeepAlives: true,
	}
	client := &http.Client{
		Timeout:   10 * time.Second,
		Transport: &tr,
	}
	for {
		requestWithClose(client)
		time.Sleep(time.Second * 1)
	}
}

func requestWithClose(client *http.Client) {
	resp, err := client.Get("http://10.100.219.9:8081")
	if err != nil {
		fmt.Printf("error occurred while fetching page, error: %s", err.Error())
		return
	}
	defer resp.Body.Close()
	c, err := ioutil.ReadAll(resp.Body)
	if err != nil {
		log.Fatalf("Couldn't parse response body. %+v", err)
	}

	fmt.Println(string(c))
}复制代码

web服务端默认开启Keep-Alive

package main

import (
	"fmt"
	"log"
	"net/http"
)

// 根据RemoteAddr 知道客户端使用的持久连接
func IndexHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
	fmt.Println("receive a request from:", r.RemoteAddr, r.Header)
	w.Write([]byte("ok"))
}

func main() {
	fmt.Printf("Starting server at port 8081\n")
	// net/http 默认开启持久连接
	if err := http.ListenAndServe(":8081", http.HandlerFunc(IndexHandler)); err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
}复制代码

从服务端的日志看,确实是短连接。

receive a request from: 10.22.38.48:54722 map[Accept-Encoding:[gzip] Connection:[close] User-Agent:[Go-http-client/1.1]]
receive a request from: 10.22.38.48:54724 map[Accept-Encoding:[gzip] Connection:[close] User-Agent:[Go-http-client/1.1]]
receive a request from: 10.22.38.48:54726 map[Accept-Encoding:[gzip] Connection:[close] User-Agent:[Go-http-client/1.1]]
receive a request from: 10.22.38.48:54728 map[Accept-Encoding:[gzip] Connection:[close] User-Agent:[Go-http-client/1.1]]
receive a request from: 10.22.38.48:54731 map[Accept-Encoding:[gzip] Connection:[close] User-Agent:[Go-http-client/1.1]]
receive a request from: 10.22.38.48:54733 map[Accept-Encoding:[gzip] Connection:[close] User-Agent:[Go-http-client/1.1]]
receive a request from: 10.22.38.48:54734 map[Accept-Encoding:[gzip] Connection:[close] User-Agent:[Go-http-client/1.1]]
receive a request from: 10.22.38.48:54738 map[Accept-Encoding:[gzip] Connection:[close] User-Agent:[Go-http-client/1.1]]
receive a request from: 10.22.38.48:54740 map[Accept-Encoding:[gzip] Connection:[close] User-Agent:[Go-http-client/1.1]]
receive a request from: 10.22.38.48:54741 map[Accept-Encoding:[gzip] Connection:[close] User-Agent:[Go-http-client/1.1]]
receive a request from: 10.22.38.48:54743 map[Accept-Encoding:[gzip] Connection:[close] User-Agent:[Go-http-client/1.1]]
receive a request from: 10.22.38.48:54744 map[Accept-Encoding:[gzip] Connection:[close] User-Agent:[Go-http-client/1.1]]
receive a request from: 10.22.38.48:54746 map[Accept-Encoding:[gzip] Connection:[close] User-Agent:[Go-http-client/1.1]]复制代码

谁是主动断开方?

我想当然的以为 客户端是主动断开方,被现实啪啪打脸。

某一天服务器上超过300的time_wait报警告诉我这tmd是服务器主动终断连接。

常规的TCP4次挥手, 主动断开方会进入time_wait状态,等待2MSL后释放占用的SOCKET

以下是从服务器上tcpdump抓取的tcp连接信息。

红框2,3部分明确提示是从 Server端发起TCP的FIN消息, 之后Client回应ACK确认收到Server的关闭通知; 之后Client再发FIN消息,告知现在可以关闭了, Server端最终发ACK确认收到,并进入Time_WAIT状态,等待2MSL的时间关闭Socket。

特意指出,红框1表示TCP双端同时关闭,此时会在Client,Server同时留下time_wait痕迹,发生概率较小。

没有源码说个串串

此种情况是服务端主动关闭,我们往回翻一翻golang httpServer的源码

  • http.ListenAndServe(":8081")

  • server.ListenAndServe()

  • srv.Serve(ln)

  • go c.serve(connCtx)  使用go协程来处理每个请求

服务器连接处理请求的简略源码如下:

func (c *conn) serve(ctx context.Context) {
	c.remoteAddr = c.rwc.RemoteAddr().String()
	ctx = context.WithValue(ctx, LocalAddrContextKey, c.rwc.LocalAddr())
	defer func() {
    if !c.hijacked() {
			c.close()
			c.setState(c.rwc, StateClosed, runHooks)
		}
	}()

  ......
	// HTTP/1.x from here on.

	ctx, cancelCtx := context.WithCancel(ctx)
	c.cancelCtx = cancelCtx
	defer cancelCtx()

	c.r = &connReader{conn: c}
	c.bufr = newBufioReader(c.r)
	c.bufw = newBufioWriterSize(checkConnErrorWriter{c}, 4<<10)

	for {
		w, err := c.readRequest(ctx)
		switch {
			case err == errTooLarge:
				const publicErr = "431 Request Header Fields Too Large"
				fmt.Fprintf(c.rwc, "HTTP/1.1 "+publicErr+errorHeaders+publicErr)
				c.closeWriteAndWait()
				return

			case isUnsupportedTEError(err):
				code := StatusNotImplemented
				fmt.Fprintf(c.rwc, "HTTP/1.1 %d %s%sUnsupported transfer encoding", code, StatusText(code), errorHeaders)
				return

			case isCommonNetReadError(err):
				return // don't reply

			default:
				if v, ok := err.(statusError); ok {
					fmt.Fprintf(c.rwc, "HTTP/1.1 %d %s: %s%s%d %s: %s", v.code, StatusText(v.code), v.text, errorHeaders, v.code, StatusText(v.code), v.text)
					return
				}
				publicErr := "400 Bad Request"
				fmt.Fprintf(c.rwc, "HTTP/1.1 "+publicErr+errorHeaders+publicErr)
				return
			}
		}
    
		serverHandler{c.server}.ServeHTTP(w, w.req)
		w.cancelCtx()
		if c.hijacked() {
			return
		}
		w.finishRequest()
		if !w.shouldReuseConnection() {
			if w.requestBodyLimitHit || w.closedRequestBodyEarly() {
				c.closeWriteAndWait()
			}
			return
		}
		c.setState(c.rwc, StateIdle, runHooks)
		c.curReq.Store((*response)(nil))

		if !w.conn.server.doKeepAlives() {
			// We're in shutdown mode. We might've replied
			// to the user without "Connection: close" and
			// they might think they can send another
			// request, but such is life with HTTP/1.1.
			return
		}

		if d := c.server.idleTimeout(); d != 0 {
			c.rwc.SetReadDeadline(time.Now().Add(d))
			if _, err := c.bufr.Peek(4); err != nil {
				return
			}
		}
		c.rwc.SetReadDeadline(time.Time{})
	}
}复制代码

我们需要关注

  1. for循环,表示尝试复用该conn,用于处理迎面而来的请求

  2. w.shouldReuseConnection() = false, 表明读取到ClientConnection:Close标头,设置closeAfterReply=true,跳出dor循环,协程即将结束,结束之前执行defer函数,defer函数内close该连接

c.close()
......
// Close the connection.
func (c *conn) close() {
	c.finalFlush()
	c.rwc.Close()
}复制代码
  1. 如果 w.shouldReuseConnection() = true,则将该连接状态置为idle, 并继续走for循环,处理后续请求。

我的收获

  1. tcp 4次挥手的八股文

  2. 短连接在服务器上的效应,time_wait,占用可用的SOCKET, 根据实际业务看是否需要切换为长连接

  3. golang http keep-alive复用tcp连接的源码级分析

  4. tcpdump抓包的姿势


作者:掘金码甲哥
链接:https://juejin.cn/post/7062171200289505288


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