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关于Http持久连接和HttpClient连接池的深入理解-创新互联

一、背景

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HTTP协议是无状态的协议，即每一次请求都是互相独立的。因此它的最初实现是，每一个http请求都会打开一个tcp socket连接，当交互完毕后会关闭这个连接。

HTTP协议是全双工的协议，所以建立连接与断开连接是要经过三次握手与四次挥手的。显然在这种设计中，每次发送Http请求都会消耗很多的额外资源，即连接的建立与销毁。

于是，HTTP协议的也进行了发展，通过持久连接的方法来进行socket连接复用。


从图中可以看到：

  • 在串行连接中，每次交互都要打开关闭连接
  • 在持久连接中，第一次交互会打开连接，交互结束后连接并不关闭，下次交互就省去了建立连接的过程。

持久连接的实现有两种：HTTP/1.0+的keep-alive与HTTP/1.1的持久连接。

二、HTTP/1.0+的Keep-Alive


从1996年开始，很多HTTP/1.0浏览器与服务器都对协议进行了扩展，那就是“keep-alive”扩展协议。

注意，这个扩展协议是作为1.0的补充的“实验型持久连接”出现的。keep-alive已经不再使用了，最新的HTTP/1.1规范中也没有对它进行说明，只是很多应用延续了下来。

使用HTTP/1.0的客户端在首部中加上"Connection:Keep-Alive"，请求服务端将一条连接保持在打开状态。服务端如果愿意将这条连接保持在打开状态，就会在响应中包含同样的首部。如果响应中没有包含"Connection:Keep-Alive"首部，则客户端会认为服务端不支持keep-alive，会在发送完响应报文之后关闭掉当前连接。

通过keep-alive补充协议，客户端与服务器之间完成了持久连接，然而仍然存在着一些问题：

  • 在HTTP/1.0中keep-alive不是标准协议，客户端必须发送Connection:Keep-Alive来激活keep-alive连接。
  • 代理服务器可能无法支持keep-alive，因为一些代理是"盲中继"，无法理解首部的含义，只是将首部逐跳转发。所以可能造成客户端与服务端都保持了连接，但是代理不接受该连接上的数据。

三、HTTP/1.1的持久连接


HTTP/1.1采取持久连接的方式替代了Keep-Alive。

HTTP/1.1的连接默认情况下都是持久连接。如果要显式关闭，需要在报文中加上Connection:Close首部。即在HTTP/1.1中，所有的连接都进行了复用。

然而如同Keep-Alive一样，空闲的持久连接也可以随时被客户端与服务端关闭。不发送Connection:Close不意味着服务器承诺连接永远保持打开。

四、HttpClient如何生成持久连接


HttpClien中使用了连接池来管理持有连接，同一条TCP链路上，连接是可以复用的。HttpClient通过连接池的方式进行连接持久化。

其实“池”技术是一种通用的设计，其设计思想并不复杂：

  • 当有连接第一次使用的时候建立连接
  • 结束时对应连接不关闭，归还到池中
  • 下次同个目的的连接可从池中获取一个可用连接
  • 定期清理过期连接

所有的连接池都是这个思路，不过我们看HttpClient源码主要关注两点：

  • 连接池的具体设计方案，以供以后自定义连接池参考
  • 如何与HTTP协议对应上，即理论抽象转为代码的实现

4.1 HttpClient连接池的实现


HttpClient关于持久连接的处理在下面的代码中可以集中体现，下面从MainClientExec摘取了和连接池相关的部分，去掉了其他部分：

public class MainClientExec implements ClientExecChain {

 @Override
 public CloseableHttpResponse execute(
  final HttpRoute route,
  final HttpRequestWrapper request,
  final HttpClientContext context,
  final HttpExecutionAware execAware) throws IOException, HttpException {
　　　　　//从连接管理器HttpClientConnectionManager中获取一个连接请求ConnectionRequest
 final ConnectionRequest connRequest = connManager.requestConnection(route, userToken);final HttpClientConnection managedConn;
 final int timeout = config.getConnectionRequestTimeout(); //从连接请求ConnectionRequest中获取一个被管理的连接HttpClientConnection
 managedConn = connRequest.get(timeout > 0 ? timeout : 0, TimeUnit.MILLISECONDS);
　　　　 //将连接管理器HttpClientConnectionManager与被管理的连接HttpClientConnection交给一个ConnectionHolder持有
 final ConnectionHolder connHolder = new ConnectionHolder(this.log, this.connManager, managedConn);
 try {
  HttpResponse response;
  if (!managedConn.isOpen()) {　　　　　　　　　　//如果当前被管理的连接不是出于打开状态，需要重新建立连接
  establishRoute(proxyAuthState, managedConn, route, request, context);
  }
　　　　　　　//通过连接HttpClientConnection发送请求
  response = requestExecutor.execute(request, managedConn, context);
　　　　　　　//通过连接重用策略判断是否连接可重用  
  if (reuseStrategy.keepAlive(response, context)) {
  //获得连接有效期
  final long duration = keepAliveStrategy.getKeepAliveDuration(response, context);
  //设置连接有效期
  connHolder.setValidFor(duration, TimeUnit.MILLISECONDS);　　　　　　　　　 //将当前连接标记为可重用状态
  connHolder.markReusable();
  } else {
  connHolder.markNonReusable();
  }
 }
 final HttpEntity entity = response.getEntity();
 if (entity == null || !entity.isStreaming()) {
  //将当前连接释放到池中，供下次调用
  connHolder.releaseConnection();
  return new HttpResponseProxy(response, null);
 } else {
  return new HttpResponseProxy(response, connHolder);
 }
}

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