长、短链接与连接池

在了解连接池之前,我们需要对长、短链接建立初步认识。我们都知道,网络通信大部分都是基于TCP/IP协议,数据传输之前,双方通过“三次握手”建立连接,当数据传输完成之后,又通过“四次挥手”释放连接,以下是“三次握手”与“四次挥手”示意图:

三次握手建立连接示意图: img

四次挥手释放连接示意图:四次挥手

长、短连接

长、短连接是相对通信时间而言的。长连接相对短连接而言,多了一个保持连接的过程,可以在一个连接上可以连续发送多个数据包,在连接保持期间,如果没有数据包发送,需要双方发链路检测包。

短连接

短连接的操作步骤是:

建立连接——数据传输——关闭连接…建立连接——数据传输——关闭连接

client向server发起连接请求,server接到请求,然后双方建立连接。client向server发送消息,server回应client,然后一次请求就完成了。这时候双方任意都可以发起close操作,不过一般都是client先发起close操作。上述可知,短连接一般只会在 client/server间传递一次请求操作。

短连接的优点是:管理起来比较简单,存在的连接都是有用的连接,不需要额外的控制手段。

长连接

长连接的操作步骤是:

建立连接——数据传输…(保持连接)…数据传输——关闭连接

client向server发起连接,server接受client连接,双方建立连接,client与server完成一次请求后,它们之间的连接并不会主动关闭,后续的读写操作会继续使用这个连接。

TCP长连接保持的两种办法:

  • 应用层面的心跳机制

自定义心跳消息头.,一般客户端主动发送到服务端,服务器接收后进行回应(也可以不回应),以便能够侦测连接是否异常断开。

  • TCP协议自带的保活功能

通过设置TCP keepalive的属性,并设置发送底层心跳包的时间间隔。TCP keepalive是在底层定时发送心跳报文,服务器端接收到底层的心跳报文直接丢弃,不关心其内容。

长、短连接总结

  • 长连接可以省去较多的TCP建立和关闭的操作,减少浪费,节约时间;
  • 长连接需要进行链接存活探测;
  • 短连接对于服务器来说管理较为简单,存在的连接都是有用的连接,不需要额外的控制手段;
  • 短连接如果请求频繁,将在TCP的建立和关闭操作上浪费时间和带宽;

HTTP协议

HTTP协议是无状态的,在HTTP/1.0中默认使用短连接,客户端和服务器每进行一次HTTP操作,浏览器就会重新建立一个HTTP会话。

而从HTTP/1.1起,默认使用长连接,用以保持连接特性,使用长连接的HTTP协议,会在响应头加入这行代码:

1
Connection:keep-alive

在使用长连接的情况下,当一个网页打开完成后,客户端和服务器之间用于传输HTTP数据的TCP连接不会关闭,客户端再次访问这个服务器时,会继续使用这一条已经建立的连接。Keep-Alive不会永久保持连接,它有一个保持时间,可以在不同的服务器软件中设定这个时间。实现长连接需要客户端和服务端都支持长连接。

HTTP协议的长连接和短连接,实质上是TCP协议的长连接和短连接。

连接池

基于TCP/IP协议,我们可以知道,频繁的连接创建和销毁都需要消耗资源,而连接池是将已经创建好的连接保存在池中,当有请求来时,直接使用已经创建好的连接进行访问,这样省略了创建连接和销毁连接的过程。这样性能上得到了提高。

以数据库连接池为例,基本原理如下:

  • 建立数据库连接池对象;
  • 按照事先指定的参数创建初始数量的数据库连接;
  • 对于一个数据库访问请求,直接从连接池中得到一个连接,如果数据库连接池对象中没有空闲的连接,且连接数没有达到最大(即:最大活跃连接数),创建一个新的数据库连接;
  • 关闭数据库连接,将连接放入空闲队列中,如实际空闲连接数大于初始空闲连接数则释放连接;
  • 释放数据库连接池对象,并释放所有连接;

连接池技术带来的好处:

  • 资源重用

由于连接得到重用,避免了频繁创建、释放连接引起的大量性能开销。在减少系统消耗的基础上,另一方面也增进了系统运行环境的平稳性(减少内存碎片以及临时进程/线程的数量)。

  • 更快的系统响应速度

连接池在初始化过程中,往往已经创建了若干连接置于池中备用。此时连接的初始化工作均已完成。对于业务请求处理而言,直接利用现有可用连接,避免了连接初始化和释放过程的时间开销,从而缩减了系统整体响应时间。

  • 统一的连接管理,避免连接泄漏

在较为完备的连接池实现中,可根据预先的连接占用超时设定,强制收回被占用连接。从而避免了常规连接操作中可能出现的资源泄漏。

常见连接池实现

以PHP开发为例,基于PHP-FPM机制实现的Web服务,并不容易实现连接池,而常驻内存的开发框架,例如workerman、swoole 则可以简单实现连接池功能。PHP-FPM机制下的连接池需要借助第三方Proxy实现,例如:

  • php-cp:国内大神写的php第三方扩展,支持PDO与Redis连接池,完美集成主流PHP开发框架;
  • SMProxy:一个基于 MySQL 协议,Swoole 开发的MySQL数据库连接池;

参考文章

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