菜鳥學網絡之 —— 長鏈接和短鏈接
本文參考文章：php
- HTTP長鏈接和短鏈接
- TCP(HTTP)長鏈接和短鏈接區別和怎樣維護長鏈接
- http、TCP/IP協議與socket之間的區別(推薦閱讀)
- 通俗大白話來理解TCP協議的三次握手和四次分手
- 爲何說基於TCP的移動端IM仍然須要心跳保活？
目錄
1. Http協議與TCP/IP 協議的關係
HTTP的長鏈接和短鏈接本質上是TCP長鏈接和短鏈接。HTTP屬於應用層協議，在傳輸層使用TCP協議，在網絡層使用IP協議。IP協議主要解決網絡路由和尋址問題，TCP協議主要解決如何在IP層之上可靠的傳遞數據包，使在網絡上的另外一端收到發端發出的全部包，而且順序與發出順序一致。TCP有可靠，面向鏈接的特色。html
2. Http/TCP/Socket鏈接
2.1 Http鏈接
Http協議，即超文本傳輸協議，是Web聯網的基礎。Http協議是創建在TCP協議之上的一種應用。Http協議負責如何包裝數據，而TCP協議負責如何傳輸數據。所以，若是隻有TCP協議，那麼將沒法解析傳輸過來的數據。git
HTTP鏈接最顯著的特色是客戶端發送的每次請求都須要服務器回送響應，在請求結束後，會主動釋放鏈接。從創建鏈接到關閉鏈接的過程稱爲「一次鏈接」。程序員
1）在HTTP 1.0中，客戶端的每次請求都要求創建一次單獨的鏈接，在處理完本次請求後，就自動釋放鏈接，這是一種「短鏈接」。github
2）在HTTP 1.1中則能夠在一次鏈接中處理多個請求，而且多個請求能夠重疊進行，不須要等待一個請求結束後再發送下一個請求，這是一種「長鏈接」。在Http 1.1 中只須要在請求頭配置keep-alive : true便可實現長鏈接。此時，服務端返回的請求頭中會有 connection : keep-alive 代表這是一個長鏈接。bash
2.2 TCP鏈接
手機可以使用聯網功能是由於手機底層實現了TCP/IP協議，可使手機終端經過無線網絡創建TCP鏈接。TCP協議能夠對上層網絡提供接口，使上層網絡數據的傳輸創建在「無差異」的網絡之上。服務器
TCP鏈接須要通過「三次握手」，斷開鏈接須要通過「四次揮手」。微信
2.3 Socket鏈接
2.3.1 Socket的定義網絡
Socket，即套接字，是支持TCP/IP協議的網絡通訊的基本操做單元。它是網絡通訊過程當中端點的抽象表示，包含進行網絡通訊必須的五種信息：鏈接使用的協議，本地主機的IP地址，本地進程的協議端口，遠地主機的IP地址，遠地進程的協議端口。併發
應用層經過傳輸層進行數據通訊時，TCP會遇到同時爲多個應用程序進程提供併發服務的問題。多個TCP鏈接或多個應用程序進程可能須要經過同一個 TCP協議端口傳輸數據。爲了區別不一樣的應用程序進程和鏈接，許多計算機操做系統爲應用程序與TCP／IP協議交互提供了套接字(Socket)接口。應用層能夠和傳輸層經過Socket接口，區分來自不一樣應用程序進程或網絡鏈接的通訊，實現數據傳輸的併發服務。
2.3.2 Socket鏈接
創建Socket鏈接至少須要一對套接字，其中一個運行於客戶端，稱爲ClientSocket ，另外一個運行於服務器端，稱爲ServerSocket 。
套接字之間的鏈接過程分爲三個步驟：服務器監聽，客戶端請求，鏈接確認。
-
服務器監聽：服務器端套接字並不定位具體的客戶端套接字，而是處於等待鏈接的狀態，實時監控網絡狀態，等待客戶端的鏈接請求。
-
客戶端請求：指客戶端的套接字提出鏈接請求，要鏈接的目標是服務器端的套接字。爲此，客戶端的套接字必須首先描述它要鏈接的服務器的套接字，指出服務器端套接字的地址和端口號，而後就向服務器端套接字提出鏈接請求。
-
鏈接確認：當服務器端套接字監聽到或者說接收到客戶端套接字的鏈接請求時，就響應客戶端套接字的請求，創建一個新的線程，把服務器端套接字的描述發給客戶端，一旦客戶端確認了此描述，雙方就正式創建鏈接。而服務器端套接字繼續處於監聽狀態，繼續接收其餘客戶端套接字的鏈接請求。
2.4 Socket鏈接和TCP鏈接的關係
建立Socket鏈接時，能夠指定使用的傳輸層協議，Socket能夠支持不一樣的傳輸層協議（TCP或UDP），當使用TCP協議進行鏈接時，該Socket鏈接就是一個TCP鏈接。
總結：socket是對TCP/IP協議的封裝和應用（程序員層面上）,它提供了一組基本的函數接口（好比：create、listen、accept等），使得程序員更方便地使用TCP/IP協議棧。
TCP/IP只是一個協議棧，就像操做系統的運行機制同樣，必需要具體實現，同時還要提供對外的操做接口。
2.5 Socket鏈接和Http鏈接的關係
Socket鏈接通常狀況下都是TCP鏈接，所以Socket鏈接一旦創建，通訊雙方就能夠進行互相發送內容。但在實際網絡應用中，客戶端到服務器之間的通訊每每須要穿越多箇中間節點，例如路由器、網關、防火牆等，大部分防火牆默認會關閉長時間處於非活躍狀態的鏈接而致使 Socket 鏈接斷連，所以須要經過輪詢告訴網絡，該鏈接處於活躍狀態。（這也就是常說的「心跳策略」）
Http鏈接是**「請求-響應」**的方式，不只在請求時須要先創建鏈接，並且須要客戶端向服務器發出請求後，服務器端才能回覆數據。
總結：若是創建的是Socket鏈接，服務器能夠直接將數據傳送給客戶端；若是方創建的是HTTP鏈接，則服務器須要等到客戶端發送一次請求後才能將數據傳回給客戶端。
3. Http長鏈接和短鏈接
長鏈接： 客戶端和服務端創建鏈接後不進行斷開，以後客戶端再次訪問這個服務器上的內容時，繼續使用這一條鏈接通道。
短鏈接： 客戶端和服務端創建鏈接，發送完數據後立馬斷開鏈接。下次要取數據，須要再次創建鏈接。
在HTTP/1.0中，默認使用的是短鏈接。但從 HTTP/1.1起，默認使用長鏈接。
4 Http長鏈接和TCP長鏈接的區別
Http長鏈接 和 TCP長鏈接的區別在於: TCP 的長鏈接須要本身去維護一套心跳策略。，而Http只須要在請求頭加入keep-alive:true便可實現長鏈接。
5 手寫一次TCP長鏈接
思路： （1） 服務端就只須要編寫一個讀線程，不斷讀取來自客戶端的消息，並打印出來便可 （2） 客戶端須要開啓兩個定時器，一個是用來模擬發送普通消息，一個用來模擬發送心跳包 （3） 服務端和客戶端之間有協議，用來標識什麼狀況下，這個數據表示的是普通消息，什麼狀況下，這個數據表示的是心跳消息。
步驟一：定義協議，代表什麼狀況下表示普通消息，什麼狀況下表示心跳消息，在這裏，咱們用前四位用來區分普通消息和心跳消息
步驟二：定義一個方法，按照協議內容包裝內容
如今給出完整的協議類的代碼： BasicProtocol:
public abstract class BasicProtocol {
static final int TYPE_LEN = 4;//表示業務類型；1111 -> 心跳包 1234 -> 發送普通文字消息
static final int CONTEXT_LEN = 4;
/**
* 獲取正文文本
* @return
*/
public abstract String getContext();
/**
* 獲取包裝好的byte[]
* @return
*/
public byte[] getData() {
try {
ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
baos.write(getType().getBytes(),0,TYPE_LEN);
byte[] bytes = getContext().getBytes();
baos.write(ProtocolUtil.int2ByteArrays(bytes.length),0,CONTEXT_LEN);
baos.write(bytes,0,bytes.length);
return baos.toByteArray();
}catch (Exception e){
return null;
}
}
/**
* 獲取業務類型
* @return
*/
public abstract String getType();
/**
* 解析數據
* @param bytes
*/
public abstract void parseBinary(byte[] bytes);
}
複製代碼
HeartBeatProtocol:
public class HeartBeatProtocol extends BasicProtocol {
static final String TYPE = "1111";
@Override
public String getContext() {
return "兄弟，我還在，你不要擔憂";
}
@Override
public String getType() {
return TYPE;
}
@Override
public void parseBinary(byte[] bytes) {
}
}
複製代碼
MessageProtocol:
public class MessageProtocol extends BasicProtocol {
private String context;
static final String TYPE = "1234";
public void setContext(String context){
this.context = context;
}
@Override
public String getContext() {
return context;
}
@Override
public String getType() {
return TYPE;
}
@Override
public void parseBinary(byte[] bytes) {
setContext(new String(bytes));
}
}
複製代碼
步驟三：編寫服務端代碼：啓動一個讀線程，讀取客戶端數據
public class LongServer implements Runnable {
private ReadTask readTask;//讀數據的線程
private Socket socket;
public LongServer(Socket socket){
this.socket = socket;
}
@Override
public void run() {
try {
readTask = new ReadTask();
readTask.inputStream = new DataInputStream(socket.getInputStream());
readTask.start();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
/**
* 負責讀取數據
*/
public class ReadTask extends Thread{
private DataInputStream inputStream;
private boolean isCancle = false;//是否取消循環
@Override
public void run() {
// try {
while (!isCancle){
try {
// inputStream = new DataInputStream (socket.getInputStream());
BasicProtocol protocol = ProtocolUtil.readInputStream(inputStream);
if(protocol != null){
System.out.println("================:"+protocol.getContext());
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
// } catch (IOException e) {
// e.printStackTrace();
// stops();//捕獲到io異常，可能緣由是鏈接斷開了，因此咱們停掉全部操做
// }
}
}
/**
* 中止掉全部活動
*/
public void stops(){
if (readTask!=null){
readTask.isCancle=true;
readTask.interrupt();
readTask=null;
}
}
複製代碼
步驟四：客戶端代碼
public class Client {
private Socket socket;
private WriteTask writeTask;
public static void main(String[] args) throws IOException{
Client client = new Client();
client.start();
}
String[] string = {"用戶名：admin；密碼：admin", "身無綵鳳雙飛翼，心有靈犀一點通。", "兩情如果久長時，又豈在朝朝暮暮。"
, "沾衣欲溼杏花雨，吹面不寒楊柳風。", "何必淺碧輕紅色，自是花中第一流。", "更無柳絮因風起，惟有葵花向日傾。"
, "海上生明月，天涯共此時。", "一寸丹心圖報國，兩行清淚爲思親。", "清香傳得天心在，未話尋常草木知。",
"和風和雨點苔紋，漠漠殘香靜裏聞。"};
public Client() throws IOException {
//一、建立客戶端Socket，指定服務器地址和端口
socket = new Socket("127.0.0.1", 9013);
}
public void start(){
try {
writeTask = new WriteTask();
writeTask.outputStream = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());//默認初始化發給本身
writeTask.start();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
public static byte[] int2ByteArrays(int i) {
byte[] result = new byte[4];
result[0] = (byte) ((i >> 24) & 0xFF);
result[1] = (byte) ((i >> 16) & 0xFF);
result[2] = (byte) ((i >> 8) & 0xFF);
result[3] = (byte) (i & 0xFF);
return result;
}
//消息隊列
private volatile ConcurrentLinkedQueue<BasicProtocol> reciverData= new ConcurrentLinkedQueue<BasicProtocol>();
/**
* 負責寫入數據
*/
public class WriteTask extends Thread{
private DataOutputStream outputStream;
private boolean isCancle = false;
private Timer heart = new Timer();//發送心跳包的定時任務
private Timer message = new Timer();//模擬發送普通數據
@Override
public void run() {
//每隔20s發送一次心跳包
heart.schedule(new TimerTask() {
@Override
public void run() {
reciverData.add(new HeartBeatProtocol());
}
},0,1000*20);
//先延時2s，而後每隔6s發送一次普通數據
Random random = new Random();
message.schedule(new TimerTask() {
@Override
public void run() {
MessageProtocol bp = new MessageProtocol();
bp.setContext(string[random.nextInt(string.length)]);
reciverData.add(bp);
}
},1000*2,1000*6);
while (!isCancle){
BasicProtocol bp = reciverData.poll();
if(bp!=null){
System.out.println("------:"+bp.getContext());
ProtocolUtil.writeOutputStream(bp,outputStream);
}
}
}
}
/**
* 中止掉全部活動
*/
public void stops(){
// if (readTask!=null){
// readTask.isCancle=true;
// readTask.interrupt();
// readTask=null;
// }
if (writeTask!=null) {
writeTask.isCancle = true;
//取消發送心跳包的定時任務
writeTask.heart.cancel();
//取消發送普通消息的定時任務
writeTask.message.cancel();
writeTask.interrupt();
writeTask=null;
}
}
}
複製代碼
以上代碼參考：socket實現長鏈接
6 影響TCP鏈接壽命的因素
一、NAT超時
大部分移動無線網絡運營商都在鏈路一段時間沒有數據通信時，會淘汰 NAT 表中的對應項，形成鏈路中斷（NAT超時的更多描述見附錄6.1）。NAT超時是影響TCP鏈接壽命的一個重要因素(尤爲是國內)，因此客戶端自動測算NAT超時時間，來動態調整心跳間隔，是一個重要的優化點。
二、DHCP的租期（lease time）
目前測試發現安卓系統對DHCP的處理有Bug，DHCP租期到了不會主動續約而且會繼續使用過時IP，這個問題會形成TCP長鏈接偶然的斷連。（租期問題的具體描述見附錄6.2）。
三、網絡狀態變化
手機網絡和WIFI網絡切換、網絡斷開和連上等狀況有網絡狀態的變化，也會使長鏈接變爲無效鏈接，須要監聽響應的網絡狀態變化事件，從新創建Push長鏈接。
7. 不一樣網絡狀態下的心跳策略
穩定的網絡狀態下：
其中：
-
[MinHeart，MaxHeart]——心跳可選區間。
-
successHeart——當前成功心跳，初始爲MinHeart
-
curHeart——當前心跳初始值爲successHeart
-
heartStep——心跳增長步長
-
successStep——穩按期後的探測步長
如何判斷網絡狀態穩定？
答：使用 短心跳連續成功三次，此時認爲網絡相對穩定。
8. 各平臺Push策略研究
如下內容來自於微信分享的關於心跳策略的文章。
8.1 WhatsApp的Push策略
8.2 Line的Push策略
8.3 微信的Push策略
微信沒有使用GCM，本身維護TCP長鏈接，使用固定心跳。
心跳典型值爲：
- 1. HTTP之長鏈接和短鏈接
- 2. 長鏈接與短鏈接
- 3. HTTP長鏈接短鏈接
- 4. HTTP長鏈接和短鏈接
- 5. http 長鏈接和短鏈接介紹
- 6. HTTP的長鏈接和短鏈接
- 7. HTTP 的長鏈接和短鏈接
- 8. 長鏈接、短鏈接
- 9. HTTP的長鏈接和短鏈接（轉）
- 10. TCP 短鏈接 和 長鏈接
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