HTTP链接管理

1. 引言

HTTP链接是HTTP报文传输的关键通道，几乎全部的HTTP通讯都是由TCP/IP承载。

HTTP链接实际上就是TCP链接和一些使用链接的规则。TCP链接是因特网上的可靠链接。
TCP为HTTP提供了一条可靠的比特传输管道。从TCP链接一端填入的字节会从另外一端以原有的顺序、正确地传送出来。
（1）浏览器解析出主机名
（2）浏览器查询这个主机名的IP地址（DNS）
（3）浏览器得到端口号
（4）浏览器发送到ip:port的链接
（5）乱了去年向服务器发送一个HTTP GET报文
（6）浏览器从服务器读取HTTP响应报文
（7）浏览器关闭链接

TCP流是分段的，由IP分组传送
TCP的数据是经过名为IP分组（或IP数据报）的小数据块来发送的。HTTP就是“HTTP over TCP over IP”这个协议栈中的最顶层。
其安全版本HTTPS就是在HTTP和TCP之间插入一个（称为TLS或SSL的）密码加密层。

如图：

HTTP要传送一条报文时，会以流的形式将报文数据的内容经过一条打开的TCP链接按序传输。TCP收到数据流以后，会将数据流砍成被称做段的小数据块，并将段封装在IP分组中，经过因特网进行传输，。全部这些工做都是由TCP/IP软件来处理的，HTTP程序员什么都看不到。
每一个TCP段都是由IP分组承载，从一个IP地址发送到另外一个IP地址的，每一个IP分组中都包括：
（1）一个IP分组首部（一般为20字节）
（2）一个TCP段首部（一般为20字节）
（3）一个TCP数据块（0个或多个字节）

在任意时刻计算机均可以有几条TCP链接诶处于打开状态。TCP是经过端口号来保持全部这些链接的正确运行的。

 

2. 对TCP性能的考虑

HTTP紧挨着TCP，位于其上层，因此HTTP事务的性能在很大程度上取决于底层TCP通道的性能。

HTTP事务主要的链接、传输以及处理时延。如图：

与创建TCP链接，以及传输请求和响应报文的时间相比，事务处理时间多是很短的。除非客户端或服务器超载，或正在处理复杂的动态资源，不然HTTP时延就是由TCP网络时延构成的。

HTTP事务的时延有如下几种主要缘由：
（1）客户端手续须要根据URI肯定Web服务器的IP地址和端口号。若是最近没有对URI中的主机名进行访问，经过DNS解析系统将URI中的主机名转换成一个IP地址可能要花费数十秒的时间。
（2）客户端会向服务器发送一条TCP链接请求，并等待服务器会送一个请求接受应答。每条新的TCP链接都会有链接创建时延。这个值一般最多只有一两秒钟，但若是有百个HTTP事务的话，这个值会快速地叠加上去。
（3）一旦链接创建起来了，客户端就会经过新创建的TCP管道来发送HTTP请求。数据到达时，Web服务器会从TCP链接中读取请求报文，并对请求进行处理。因特网传输请求报文，以及服务器处理请求报文都须要时间。
（4）Web服务器会回送HTTP响应，这也须要花费时间。

这些TCP网络时延的大小取决于硬件速度、网络和服务器的负载，请求和响应报文的尺寸，以及客户端和服务器之间的距离。

性能聚焦区域
列出了一些会对HTTP程序员产生影响的、最多见的TCP相关时延。其中包括：
（1）TCP链接创建握手：创建一条新的TCP链接时，甚至在发送任意数据以前，TCP软件之间会交换一系列的IP分组。若是链接只是用来传送少许数据，这些交换过程就会严重下降HTTP的性能。HTTP程序员永远不会看到这些分组--这些分组都是由TCP/IP软件管理，对其是不可见的。HTTP程序员看到的只是建立TCP链接时存在的时延。
（2）TCP慢启动拥塞控制：TCP慢启动限制了一个TCP端点在任意时刻能够传输的分组数。每成功接收一个分组，发送端就有了发送另外两个分组的权限。若是某个HTTP事务有大量数据要发送，是不能一次将全部分组都发送出去的。因为存在这种拥塞控制特性，因此新链接的传输速度会比已经交换过必定量数据的链接慢一些。
（3）数据汇集Nagle算法：Nagle算法会引起集中HTTP性能问题。（a）小的HTTP报文可能没法填满一个分组，可能会由于等待哪些永远不会到来的额外数据而产生时延（b）Nagle算法与延迟确认之间的交互存在问题--Nagle算法会阻止数据的发送，直到有确认分组，但确认分组自身会被延迟确认算法延迟100~200ms。TCP_NODELAY禁用Nagle算法。
（4）用于捎带确认的TCP延迟确认算法：因为确认报文很小，因此TCP容许在发往相同方向的输出数据分组中对其进行“捎带”。TCP将返回的确认信息与输出的数据分组结合在一块儿，能够更有效地利用网络，为了增长确认报文找到同向传输数据分组的可能性，不少TCP栈都实现了一种“延迟确认”算法。延迟确认算法会在一个特定的窗口时间（100~200ms）内将输出确认存放在缓冲区中，以寻找可以捎带它的输出数据分组。
（5）TIME_WAIT时延和端口耗尽

3. HTTP链接的管理

有几种方法能够提升HTTP的链接性能：（1）并行链接：经过多条TCP链接发起并发的HTTP请求；（2）持久链接：重用TCP链接，以消除链接及关闭时延；在事务处理结束以后仍然保持在打开状态的TCP链接被称为持久链接。重用已对目标服务器打开的空闲持久链接，就能够避开缓慢的链接创建阶段。并且，已经打开的链接还能够避免慢启动的拥塞适应阶段，以便更快的进行数据传输。（3）管道化链接：经过共享的TCP链接发起并发的HTTP请求；（4）复用的链接：交替传送请求和响应报文。