长连接、短连接、长轮询和WebSocket

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对这四个概念不太清楚,今天专门搜索了解一下,总结一下:

长连接:在HTTP 1.1,客户端发出请求,服务端接收请求,双方建立连接,在服务端没有返回之前保持连接,当客户端再发送请求时,它会使用同一个连接。这一直继续到客户端或服务器端认为会话已经结束,其中一方中断连接。

优势:减少了连接请求,降低TCP阻塞,减少了延迟,实时性较好。

劣势:可能会影响性能,因为它在文件被请求之后还保持了不必要的连接很长时间。

短连接:在HTTP1.0中,客户端发送请求,服务器接收请求,双方建立连接,服务器响应资源,请求结束。

长轮询:(我自己的理解)客户端不断发送请求,获取服务器上的数据。也有人说是长连接的一种,是这样吗???

WebSocket:客户端发送一次http websocket请求,服务器响应请求,双方建立持久连接,并进行双向数据传输,后面不进行HTTP连接,而是使用TCP连接。

什么是长连接、短连接?

在HTTP/1.0中默认使用短连接。也就是说,客户端和服务器每进行一次HTTP操作,就建立一次连接,任务结束就中断连接。当客户端浏览器访问的某个HTML或其他类型的web页中包含有其他的Web资源(如JavaScript文件、图像文件、CSS文件等),每遇到这样一个Web资源,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:

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(如Apache)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。

TCP长连接

我们再模拟一下长连接的情况: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。

长连接和短连接的优点和缺点

由上可以看出,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。对于频繁请求资源的客户端适合使用长连接。在长连接的应用场景下,client端一般不会主动关闭连接,当client与server之间的连接一直不关闭,随着客户端连接越来越多,server会保持过多连接。这时候server端需要采取一些策略,如关闭一些长时间没有请求发生的连接,这样可以避免一些恶意连接导致server端服务受损;如果条件允许则可以限制每个客户端的最大长连接数,这样可以完全避免恶意的客户端拖垮整体后端服务。

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。但如果客户请求频繁,将在TCP的建立和关闭操作上浪费较多时间和带宽。

长连接和短连接的产生在于client和server采取的关闭策略。不同的应用场景适合采用不同的策略。

长轮询

长轮询本身不是一种真正的推送技术,而只是传统轮询技术的一个变种。然而,其能够在真正推送技术无法实现时模拟推送机制。

在长轮询机制中,客户端像传统轮询一样从服务器请求数据。然而,如果服务器没有可以立即返回给客户端的数据,则不会立刻返回一个空结果,而是保持这个请求等待数据到来(或者恰当的超时),之后将数据作为结果返回给客户端。

例如,BOSH是一个常见的、长久的、在TCP困难或无法实现的情况下(如在使用浏览器的情况下)使用长轮询模拟TCP的技术。这也是一种XMPP中隐含的技术,苹果公司将其用于iCloud推送支持。

WebSocket介绍

WebSocket一种在单个 TCP 连接上进行全双工通讯的协议。WebSocket通信协议于2011年被IETF定为标准RFC 6455,并被RFC7936所补充规范。WebSocket API也被W3C定为标准。

WebSocket 使得客户端和服务器之间的数据交换变得更加简单,允许服务端主动向客户端推送数据。在 WebSocket API 中,浏览器和服务器只需要完成一次握手,两者之间就直接可以创建持久性的连接,并进行双向数据传输。

现在,很多网站为了实现推送技术,所用的技术都是轮询。轮询是在特定的的时间间隔(如每1秒),由浏览器对服务器发出HTTP请求,然后由服务器返回最新的数据给客户端的浏览器。这种传统的模式带来很明显的缺点,即浏览器需要不断的向服务器发出请求,然而HTTP请求可能包含较长的头部,其中真正有效的数据可能只是很小的一部分,显然这样会浪费很多的带宽等资源。

而比较新的技术去做轮询的效果是Comet。这种技术虽然可以双向通信,但依然需要反复发出请求。而且在Comet中,普遍采用的长链接,也会消耗服务器资源。

在这种情况下,HTML5定义了WebSocket协议,能更好的节省服务器资源和带宽,并且能够更实时地进行通讯。

Websocket使用ws或wss的统一资源标志符,类似于HTTPS,其中wss表示在TLS之上的Websocket。如:

ws://example.com/wsapi
wss://secure.example.com/

Websocket使用和 HTTP 相同的 TCP 端口,可以绕过大多数防火墙的限制。默认情况下,Websocket协议使用80端口;运行在TLS之上时,默认使用443端口。

WebSocket优点

  • 较少的控制开销。在连接创建后,服务器和客户端之间交换数据时,用于协议控制的数据包头部相对较小。在不包含扩展的情况下,对于服务器到客户端的内容,此头部大小只有2至10字节(和数据包长度有关);对于客户端到服务器的内容,此头部还需要加上额外的4字节的掩码。相对于HTTP请求每次都要携带完整的头部,此项开销显著减少了。
  • 更强的实时性。由于协议是全双工的,所以服务器可以随时主动给客户端下发数据。相对于HTTP请求需要等待客户端发起请求服务端才能响应,延迟明显更少;即使是和Comet等类似的长轮询比较,其也能在短时间内更多次地传递数据。
  • 保持连接状态。于HTTP不同的是,Websocket需要先创建连接,这就使得其成为一种有状态的协议,之后通信时可以省略部分状态信息。而HTTP请求可能需要在每个请求都携带状态信息(如身份认证等)。
  • 更好的二进制支持。Websocket定义了二进制帧,相对HTTP,可以更轻松地处理二进制内容。
  • 可以支持扩展。Websocket定义了扩展,用户可以扩展协议、实现部分自定义的子协议。如部分浏览器支持压缩等。
  • 更好的压缩效果。相对于HTTP压缩,Websocket在适当的扩展支持下,可以沿用之前内容的上下文,在传递类似的数据时,可以显著地提高压缩率。

WebSocket 是独立的、创建在 TCP 上的协议。

Websocket 通过 HTTP/1.1 协议的101状态码进行握手。

为了创建Websocket连接,需要通过浏览器发出请求,之后服务器进行回应,这个过程通常称为“握手”(handshaking)。

WebSocket例子

一个典型的Websocket握手请求如下:

客户端请求

GET / HTTP/1.1
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Host: example.com
Origin: http://example.com
Sec-WebSocket-Key: sN9cRrP/n9NdMgdcy2VJFQ==
Sec-WebSocket-Version: 13

服务器回应

HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: fFBooB7FAkLlXgRSz0BT3v4hq5s=
Sec-WebSocket-Location: ws://example.com/

附录知乎一个解释:

作者:异步
链接:https://www.zhihu.com/question/19876749/answer/16448614
来源:知乎

  1. 轮询:客户端定时向服务器发送ajax请求,服务器接到请求后马上返回响应信息并关闭连接。
    优点:后端程序编写比较容易。
    缺点:请求中有大半是无用,浪费带宽和服务器资源。
    实例:适于小型应用。
  2. 长轮询:客户端向服务器发送Ajax请求,服务器接到请求后hold住连接,直到有新消息才返回响应信息并关闭连接,客户端处理完响应信息后再向服务器发送新的请求。
    优点:在无消息的情况下不会频繁的请求。
    缺点:服务器hold连接会消耗资源。
    实例:WebQQ、Hi网页版、Facebook IM。

另外,对于长连接和socket连接也有区分:

  1. 长连接:在页面里嵌入一个隐蔵iframe,将这个隐蔵iframe的src属性设为对一个长连接的请求,服务器端就能源源不断地往客户端输入数据。
    优点:消息即时到达,不发无用请求。
    缺点:服务器维护一个长连接会增加开销。
    实例:Gmail聊天
  2. Flash Socket:在页面中内嵌入一个使用了Socket类的 Flash 程序JavaScript通过调用此Flash程序提供的Socket接口与服务器端的Socket接口进行通信,JavaScript在收到服务器端传送的信息后控制页面的显示。
    优点:实现真正的即时通信,而不是伪即时。
    缺点:客户端必须安装Flash插件;非HTTP协议,无法自动穿越防火墙。
    实例:网络互动游戏。

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原文出处:前端开发博客 (http://caibaojian.com/http-connection-and-websocket.html)

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