Nginx学习之keepalive

当然，在nginx中，对于http1.0与http1.1也是支持长连接的。什么是长连接呢？我们知道，http请求是基于TCP协议之上的，那么，当客户端在发起请求前，需要先与服务端建立TCP连接，而每一次的TCP连接是需要三次握手来确定的，如果客户端与服务端之间网络差一点，这三次交互消费的时间会比较多，而且三次交互也会带来网络流量。当然，当连接断开后，也会有四次的交互，当然对用户体验来说就不重要了。而http请求是请求应答式的，如果我们能知道每个请求头与响应体的长度，那么我们是可以在一个连接上面执行多个请求的，这就是所谓的长连接，但前提条件是我们先得确定请求头与响应体的长度。对于请求来说，如果当前请求需要有body，如POST请求，那么nginx就需要客户端在请求头中指定content-length来表明body的大小，否则返回400错误。也就是说，请求体的长度是确定的，那么响应体的长度呢？先来看看http协议中关于响应body长度的确定：

对于http1.0协议来说，如果响应头中有content-length头，则以content-length的长度就可以知道body的长度了，客户端在接收body时，就可以依照这个长度来接收数据，接收完后，就表示这个请求完成了。而如果没有content-length头，则客户端会一直接收数据，直到服务端主动断开连接，才表示body接收完了。
而对于http1.1协议来说，如果响应头中的Transfer-encoding为chunked传输，则表示body是流式输出，body会被分成多个块，每块的开始会标识出当前块的长度，此时，body不需要通过长度来指定。如果是非chunked传输，而且有content-length，则按照content-length来接收数据。否则，如果是非chunked，并且没有content-length，则客户端接收数据，直到服务端主动断开连接。

从上面，我们可以看到，除了http1.0不带content-length以及http1.1非chunked不带content-length外，body的长度是可知的。此时，当服务端在输出完body之后，会可以考虑使用长连接。能否使用长连接，也是有条件限制的。如果客户端的请求头中的connection为close，则表示客户端需要关掉长连接，如果为keep-alive，则客户端需要打开长连接，如果客户端的请求中没有connection这个头，那么根据协议，如果是http1.0，则默认为close，如果是http1.1，则默认为keep-alive。如果结果为keepalive，那么，nginx在输出完响应体后，会设置当前连接的keepalive属性，然后等待客户端下一次请求。当然，nginx不可能一直等待下去，如果客户端一直不发数据过来，岂不是一直占用这个连接？所以当nginx设置了keepalive等待下一次的请求时，同时也会设置一个最大等待时间，这个时间是通过选项keepalive_timeout来配置的，如果配置为0，则表示关掉keepalive，此时，http版本无论是1.1还是1.0，客户端的connection不管是close还是keepalive，都会强制为close。

如果服务端最后的决定是keepalive打开，那么在响应的http头里面，也会包含有connection头域，其值是”Keep-Alive”，否则就是”Close”。如果connection值为close，那么在nginx响应完数据后，会主动关掉连接。所以，对于请求量比较大的nginx来说，关掉keepalive最后会产生比较多的time-wait状态的socket。一般来说，当客户端的一次访问，需要多次访问同一个server时，打开keepalive的优势非常大，比如图片服务器，通常一个网页会包含很多个图片。打开keepalive也会大量减少time-wait的数量。

pipe¶

在http1.1中，引入了一种新的特性，即pipeline。那么什么是pipeline呢？pipeline其实就是流水线作业，它可以看作为keepalive的一种升华，因为pipeline也是基于长连接的，目的就是利用一个连接做多次请求。如果客户端要提交多个请求，对于keepalive来说，那么第二个请求，必须要等到第一个请求的响应接收完全后，才能发起，这和TCP的停止等待协议是一样的，得到两个响应的时间至少为2*RTT。而对pipeline来说，客户端不必等到第一个请求处理完后，就可以马上发起第二个请求。得到两个响应的时间可能能够达到1*RTT。nginx是直接支持pipeline的，但是，nginx对pipeline中的多个请求的处理却不是并行的，依然是一个请求接一个请求的处理，只是在处理第一个请求的时候，客户端就可以发起第二个请求。这样，nginx利用pipeline减少了处理完一个请求后，等待第二个请求的请求头数据的时间。其实nginx的做法很简单，前面说到，nginx在读取数据时，会将读取的数据放到一个buffer里面，所以，如果nginx在处理完前一个请求后，如果发现buffer里面还有数据，就认为剩下的数据是下一个请求的开始，然后就接下来处理下一个请求，否则就设置keepalive。

lingering_close

lingering_close，字面意思就是延迟关闭，也就是说，当nginx要关闭连接时，并非立即关闭连接，而是先关闭tcp连接的写，再等待一段时间后再关掉连接的读。为什么要这样呢？我们先来看看这样一个场景。nginx在接收客户端的请求时，可能由于客户端或服务端出错了，要立即响应错误信息给客户端，而nginx在响应错误信息后，大分部情况下是需要关闭当前连接。nginx执行完write()系统调用把错误信息发送给客户端，write()系统调用返回成功并不表示数据已经发送到客户端，有可能还在tcp连接的write buffer里。接着如果直接执行close()系统调用关闭tcp连接，内核会首先检查tcp的read buffer里有没有客户端发送过来的数据留在内核态没有被用户态进程读取，如果有则发送给客户端RST报文来关闭tcp连接丢弃write buffer里的数据，如果没有则等待write buffer里的数据发送完毕，然后再经过正常的4次分手报文断开连接。所以,当在某些场景下出现tcp write buffer里的数据在write()系统调用之后到close()系统调用执行之前没有发送完毕，且tcp read buffer里面还有数据没有读，close()系统调用会导致客户端收到RST报文且不会拿到服务端发送过来的错误信息数据。那客户端肯定会想，这服务器好霸道，动不动就reset我的连接，连个错误信息都没有。

在上面这个场景中，我们可以看到，关键点是服务端给客户端发送了RST包，导致自己发送的数据在客户端忽略掉了。所以，解决问题的重点是，让服务端别发RST包。再想想，我们发送RST是因为我们关掉了连接，关掉连接是因为我们不想再处理此连接了，也不会有任何数据产生了。对于全双工的TCP连接来说，我们只需要关掉写就行了，读可以继续进行，我们只需要丢掉读到的任何数据就行了，这样的话，当我们关掉连接后，客户端再发过来的数据，就不会再收到RST了。当然最终我们还是需要关掉这个读端的，所以我们会设置一个超时时间，在这个时间过后，就关掉读，客户端再发送数据来就不管了，作为服务端我会认为，都这么长时间了，发给你的错误信息也应该读到了，再慢就不关我事了，要怪就怪你RP不好了。当然，正常的客户端，在读取到数据后，会关掉连接，此时服务端就会在超时时间内关掉读端。这些正是lingering_close所做的事情。协议栈提供 SO_LINGER 这个选项，它的一种配置情况就是来处理lingering_close的情况的，不过nginx是自己实现的lingering_close。lingering_close存在的意义就是来读取剩下的客户端发来的数据，所以nginx会有一个读超时时间，通过lingering_timeout选项来设置，如果在lingering_timeout时间内还没有收到数据，则直接关掉连接。nginx还支持设置一个总的读取时间，通过lingering_time来设置，这个时间也就是nginx在关闭写之后，保留socket的时间，客户端需要在这个时间内发送完所有的数据，否则nginx在这个时间过后，会直接关掉连接。当然，nginx是支持配置是否打开lingering_close选项的，通过lingering_close选项来配置。那么，我们在实际应用中，是否应该打开lingering_close呢？这个就没有固定的推荐值了，如Maxim Dounin所说，lingering_close的主要作用是保持更好的客户端兼容性，但是却需要消耗更多的额外资源（比如连接会一直占着）。