第192题：HTTP 中的 keep-alive 有了解吗？它和多路复用的区别？

Question

在 http 早期，每个 http 请求都要求打开一个 tpc socket 连接，并且使用一次之后就断开这个 tcp 连接。

使用 keep-alive 可以改善这种状态，即在一次 TCP 连接中可以持续发送多份数据而不会断开连接。通过使用 keep-alive 机制，可以减少 tcp 连接建立次数，也意味着可以减少 TIME_WAIT 状态连接，以此提高性能和提高 httpd 服务器的吞吐率，更少的 tcp 连接意味着更少的系统内核调用，socket 的 accept() 和 close() 调用。

Answer 1

引言

本文分为以下三部分循序渐进走进 HTTP/1.x 的 keep-alive 与 HTTP/2 多路复用：

• HTTP/1.x keep-alive 是什么
• HTTP/2 多路复用
• HTTP/1.x keep-alive 与 HTTP/2 多路复用区别

下面正式开始吧

HTTP/1.x keep-alive

在一文走进 TCP 与 HTTP 中，我们介绍过，HTTP 协议是建立在 TCP 协议上的应用层协议， HTTP 协议最初是一个非常简单的协议，通信方式也是采取简答的请求-应答的模式，即：客户端与服务器端的的每次请求都需要创建 TCP 连接，服务器响应后断开 TCP 连接，再请求再创建断开。

在 HTTP/0.9 与 早期 HTTP/1.0 中，默认的就是这种，但这种频繁的创建、断开连接无疑是极大的消耗性能

TCP连接的新建成本很高，因为客户端和服务器建立连接时需要“三次握手”，发送 3 个数据包，需要 1 个 RTT；关闭连接是“四次挥手”，4 个数据包需要 2 个 RTT，并且开始时发送速率较慢（slow start），随着网页加载的外部资源越来越多，这个问题就愈发突出了

所以 HTTP/1.0 引入了 keep-alive 长连接，HTTP/1.0 中是默认关闭的，可以通过 Connection: keep-alive; 开启 ，HTTP/1.1 默认是开启的，无论加没加 Connection: keep-alive;

所谓长连接，即在 HTTP 请求建立 TCP 连接时，请求结束，TCP 连接不断开，继续保持一段时间（timeout），在这段时间内，同一客户端向服务器发送请求都会复用该 TCP 连接，并重置 timeout 时间计数器，在接下来 timeout 时间内还可以继续复用 TCP 。这样无疑省略了反复创建和销毁 TCP 连接的损耗。

timeout 时间到了之后，TCP会立即断开连接吗？

若两小时（timeout）没有收到客户的数据，服务器就发送一个探测报文段，以后则每隔 75 秒发送一次。若一连发送 10 个探测报文段后仍无客户的响应，服务器就认为客户端出了故障，接着就关闭这个连接。

——摘自谢希仁《计算机网络》

HTTP/2 多路复用

为什么 HTTP/2 引入多路复用？

这是因为：

• HTTP/1.x 虽然引入了 keep-alive 长连接，但它每次请求必须等待上一次响应之后才能发起，
• 所以，在 HTTP/1.1 中提出了管道机制（默认不开启），下一次的请求不需要等待上一个响应来之后再发送，但这要求服务端必须按照请求发送的顺序返回响应，当顺序请求多个文件时，其中一个请求因为某种原因被阻塞时，在后面排队的所有请求也一并被阻塞，这就是队头阻塞 (Head-Of-Line Blocking)
• 人们采取了很多方法去解决，例如使用多个域名、引入雪碧图、将小图内联等，但都没有从根本上解决问题

HTTP/2 是怎么做的喃？

• 首先它引入了 帧（frame）和流（stream），因为 HTTP/1.x 是基于文本的，因为是文本，就导致了它必须是个整体，在传输是不可切割的，只能整体去传
• 既然，HTTP/2 是基于二进制流的，它就可以把 HTTP 消息分解为独立的帧，交错发送，然后在另一端通过帧中的标识重新组装，这就是多路复用
• 这就实现了在同一个TCP连接中，同一时刻可以发送多个请求和响应，且不用按照顺序一一对应，即使某个请求任务耗时严重，也不会影响到其它连接的正常执行

HTTP/1.x keep-alive 与 HTTP/2 多路复用区别

总结一下，HTTP/1.x keep-alive 与 HTTP/2 多路复用区别：

• HTTP/1.x 是基于文本的，只能整体去传；HTTP/2 是基于二进制流的，可以分解为独立的帧，交错发送

• HTTP/1.x keep-alive 必须按照请求发送的顺序返回响应；HTTP/2 多路复用不按序响应

• HTTP/1.x keep-alive 为了解决队头阻塞，将同一个页面的资源分散到不同域名下，开启了多个 TCP 连接；HTTP/2 同域名下所有通信都在单个连接上完成

• HTTP/1.x keep-alive 单个 TCP 连接在同一时刻只能处理一个请求（两个请求的生命周期不能重叠）；HTTP/2 单个 TCP 同一时刻可以发送多个请求和响应

原文