HTTP 连接复用机制详解

HTTP 连接复用机制详解

HTTP 连接复用是 HTTP/1.1 及更高版本中的核心优化机制，旨在减少 TCP 连接建立和关闭的开销，以显著提升性能。

为什么需要连接复用？

说到这一点，其实就是在聊 HTTP/1.0 不使用连接复用，而是为每一次 HTTP 请求建立一次短连接存在的缺点：

• 三次握手延迟：每次 HTTP 请求增加 1.5 RTT 的时间开销；
• TCP 慢启动：新连接需要逐步提升传输速率，原因在于连接刚刚建立时，客户端和服务端需要相互告知当前可用的滑动窗口大小，初始时滑动窗口采用指数增长的形式不断扩大；
• 资源浪费：高并发时服务器需要维护大量连接。

自 HTTP/1.1 开始引入了连接复用机制，即 HTTP 请求会复用同一个 TCP 连接并发送多个请求。

连接复用的实现方式

HTTP/1.1 的 Keep-Alive

机制

• 客户端请求头携带 Connection: keep-alive（HTTP/1.1 默认开启）；
• 服务端响应头携带 Connection: keep-alive，表示同意复用；
• 连接空闲时，不会立即关闭，而是等待后续请求。

示例

GET /page1.html HTTP/1.1
Host: example.com
Connection: keep-alive  # 显式声明（可选）HTTP/1.1 200 OK
Connection: keep-alive
Content-Type: text/html

连接真正关闭时的所需条件

• 达到 Keep-Alive: max 的请求数；
• 超过 Keep-Alive: timeout 空闲时间；
• 显式发送 Connection: close。

HTTP/2 多路复用

HTTP/2 在传输时使用二进制协议传输数据，这一点已经和初代 HTTP 采用纯文本进行数据传输有了很大的区别。针对连接复用，HTTP/2 进一步引入了多路复用机制，具体来说：

• 在单个 TCP 连接上并行交错多个请求/响应（二进制分帧）「比如客户端同时发送请求 A 和 B，服务器无需按序返回」；
• 彻底解决了 HTTP/1.1 的队头阻塞问题。

HTTP/1.1 的队头阻塞问题

队头阻塞问题指的是，客户端和服务端采用 HTTP/1.1 协议进行通信时，如果请求 1 的响应延迟，那么会阻塞后续请求，即使后续的请求 2 已经准备好。

为什么在 HTTP/1.1 会出现队头阻塞问题？本质原因在于需要复用已经建立的 TCP 连接。需要先明确一点，一个{源 IP, 源 Port, 目标 IP, 目标 Port}四元组唯一标识一条 TCP 连接，因此如果客户端与服务端通过相同的四元组意图建立一个新的 TCP 连接，连接请求将会被拒绝。此时如果客户端改变一个端口（通过随机分配的方式），就可以建立一个新的 TCP 连接（服务端不需要改变端口，比如 HTTP 服务一直在 80 端口监听）。

由于 HTTP/1.1 采用多路复用，所以如果客户端有新的请求，会复用之前的 TCP 连接，而不是新建一个 TCP 连接，因此如果之前的请求延迟没有得到恢复，新的请求需要在队列中等待，之前的请求得到响应之后新的请求才会发送。