HTTP Keep-Alive是什么？如何工作？
HTTP Keep-Alive
在http早期，每个http请求都要求打开一个tpc socket连接，并且使用一次之后就断开这个tcp连接。
使用keep-alive可以改善这种状态，即在一次TCP连接中可以持续发送多份数据而不会断开连接。
通过使用keep-alive机制，可以减少tcp连接建立次数，也意味着可以减少TIME_WAIT状态连接，以此提高性能和提高httpd服务器的吞吐率(更少的tcp连接意味着更少的系统内核调用,socket的accept()和close()调用)。
但是，keep-alive并不是免费的午餐,长时间的tcp连接容易导致系统资源无效占用。
配置不当的keep-alive，有时比重复利用连接带来的损失还更大。
所以，正确地设置keep-alive timeout时间非常重要。
keepalvie timeout
Httpd守护进程，一般都提供了keep-alive timeout时间设置参数。比如nginx的keepalive_timeout，和Apache的KeepAliveTimeout。这个keepalive_timout时间值意味着：一个http产生的tcp连接在传送完最后一个响应后，还需要hold住keepalive_timeout秒后，才开始关闭这个连接。
当httpd守护进程发送完一个响应后，理应马上主动关闭相应的tcp连接，设置 keepalive_timeout后，httpd守护进程会想说：”再等等吧，看看浏览器还有没有请求过来”，这一等，便是keepalive_timeout时间。如果守护进程在这个等待的时间里，一直没有收到浏览发过来http请求，则关闭这个http连接。
下面写一个脚本，方便测试：
sleep(60); //为了便于分析测试，会根据测试进行调整
echo "www.example.com";
1. 当keepalive_timeout时间为0时，即不启用Keep-Alive时，一个tcp连接的生命周期：
#tcpdump -n host 218.1.57.236 and port 80
20:36:50.792731 IP 218.1.57.236.43052 > 222.73.211.215.http: S 1520902589:1520902589(0) win 65535
20:36:50.792798 IP 222.73.211.215.http > 218.1.57.236.43052: S 290378256:290378256(0) ack 1520902590 win 5840
20:36:50.801629 IP 218.1.57.236.43052 > 222.73.211.215.http: . ack 1 win 32768
20:36:50.801838 IP 218.1.57.236.43052 > 222.73.211.215.http: P 1:797(796) ack 1 win 32768
20:36:50.801843 IP 222.73.211.215.http > 218.1.57.236.43052: . ack 797 win 59
20:37:50.803230 IP 222.73.211.215.http > 218.1.57.236.43052: P 1:287(286) ack 797 win 59
20:37:50.803289 IP 222.73.211.215.http > 218.1.57.236.43052: F 287:287(0) ack 797 win 59
20:37:50.893396 IP 218.1.57.236.43052 > 222.73.211.215.http: . ack 288 win 32625
20:37:50.894249 IP 218.1.57.236.43052 > 222.73.211.215.http: F 797:797(0) ack 288 win 32625
20:37:50.894252 IP 222.73.211.215.http > 218.1.57.236.43052: . ack 798 win 59第1~3行建立tcp三次握手，建立连接。用时8898μs
第4~5行通过建立的连接发送第一个http请求，服务端确认收到请求。用时5μs
第5~6行，可以知道脚本执行用时60s1387μs,与php脚本相符。
第6、8行服务端发送http响应。发送响应用时90166μs。
第7行，表明由服务端守护进程主动关闭连接。结合第6、8行，说明http响应一旦发送完毕，服务端马上关闭这个tcp连接
第7、9、10说明tcp连接顺序关闭,用时90963μs。需要注意,这里socket资源并没有立即释放，需要等待2MSL时间（60s）后才被真正释放。
由此可见，在没有设置 keepalive_timeout 情况下，一个socket资源从建立到真正释放需要经过的时间是:
建立tcp连接 + 传送http请求 + php脚本执行 + 传送http响应 + 关闭tcp连接 + 2MSL 。
(注:这里的时间只能做参考，具体的时间主要由网络带宽，和响应大小而定)
2. 当keepalive_timeout时间大于0时，即启用Keep-Alive时，一个tcp连接的生命周期。为了便于分析，我们将keepalive_timeout设置为300s
#tcpdump -n host 218.1.57.236 and port 80
21:38:05.471129 IP 218.1.57.236.54049 > 222.73.211.215.http: S 1669618600:1669618600(0) win 65535
21:38:05.471140 IP 222.73.211.215.http > 218.1.57.236.54049: S 4166993862:4166993862(0) ack 1669618601 win 5840
21:38:05.481731 IP 218.1.57.236.54049 > 222.73.211.215.http: . ack 1 win 32768
21:38:05.481976 IP 218.1.57.236.54049 > 222.73.211.215.http: P 1:797(796) ack 1 win 32768
21:38:05.481985 IP 222.73.211.215.http > 218.1.57.236.54049: . ack 797 win 59
21:38:07.483626 IP 222.73.211.215.http > 218.1.57.236.54049: P 1:326(325) ack 797 win 59
21:38:07.747614 IP 218.1.57.236.54049 > 222.73.211.215.http: . ack 326 win 32605
21:43:07.448454 IP 222.73.211.215.http > 218.1.57.236.54049: F 326:326(0) ack 797 win 59
21:43:07.560316 IP 218.1.57.236.54049 > 222.73.211.215.http: . ack 327 win 32605
21:43:11.759102 IP 218.1.57.236.54049 > 222.73.211.215.http: F 797:797(0) ack 327 win 32605
21:43:11.759111 IP 222.73.211.215.http > 218.1.57.236.54049: . ack 798 win 59我们先看一下，第6~8行，跟上次示例不一样的是，服务端httpd守护进程发完响应后，没有立即主动关闭tcp连接。
第8行，结合第6行，我们可以看到，5分钟(300s)后，服务端主动关闭这个tcp连接。这个时间，正是我们设置的keepalive_timeout的时间。
由此可见，设置了keepalive_timout时间情况下，一个socket建立到释放需要的时间是多了keepalive_timeout时间。
3. 当keepalive_timeout时间大于0，并且在同一个tcp连接发送多个http响应。这里为了便于分析，我们将keepalive_timeout设置为180s
通过这个测试，我们想弄清楚,keepalive_timeout是从第一个响应结束开启计时，还是最后一个响应结束开启计时。
测试结果证实是后者，这里，我们每隔120s发一次请求，通过一个tcp连接发送了3个请求。
# tcpdump -n host 218.1.57.236 and port 80
22:43:57.102448 IP 218.1.57.236.49955 > 222.73.211.215.http: S 4009392741:4009392741(0) win 65535
22:43:57.102527 IP 222.73.211.215.http > 218.1.57.236.49955: S 4036426778:4036426778(0) ack 4009392742 win 5840
22:43:57.111337 IP 218.1.57.236.49955 > 222.73.211.215.http: . ack 1 win 32768
22:43:57.111522 IP 218.1.57.236.49955 > 222.73.211.215.http: P 1:797(796) ack 1 win 32768
22:43:57.111530 IP 222.73.211.215.http > 218.1.57.236.49955: . ack 797 win 59
22:43:59.114663 IP 222.73.211.215.http > 218.1.57.236.49955: P 1:326(325) ack 797 win 59
22:43:59.350143 IP 218.1.57.236.49955 > 222.73.211.215.http: . ack 326 win 32605
22:45:59.226102 IP 218.1.57.236.49955 > 222.73.211.215.http: P 1593:2389(796) ack 650 win 32443
22:45:59.226109 IP 222.73.211.215.http > 218.1.57.236.49955: . ack 2389 win 83
22:46:01.227187 IP 222.73.211.215.http > 218.1.57.236.49955: P 650:974(324) ack 2389 win 83
22:46:01.450364 IP 218.1.57.236.49955 > 222.73.211.215.http: . ack 974 win 32281
22:47:57.377707 IP 218.1.57.236.49955 > 222.73.211.215.http: P 3185:3981(796) ack 1298 win 32119
22:47:57.377714 IP 222.73.211.215.http > 218.1.57.236.49955: . ack 3981 win 108
22:47:59.379496 IP 222.73.211.215.http > 218.1.57.236.49955: P 1298:1622(324) ack 3981 win 108
22:47:59.628964 IP 218.1.57.236.49955 > 222.73.211.215.http: . ack 1622 win 32768
22:50:59.358537 IP 222.73.211.215.http > 218.1.57.236.49955: F 1622:1622(0) ack 3981 win 108
22:50:59.367911 IP 218.1.57.236.49955 > 222.73.211.215.http: . ack 1623 win 32768
22:50:59.686527 IP 218.1.57.236.49955 > 222.73.211.215.http: F 3981:3981(0) ack 1623 win 32768
22:50:59.686531 IP 222.73.211.215.http > 218.1.57.236.49955: . ack 3982 win 108第一组，三个ip包表示tcp三次握手建立连接，由浏览器建立。
第二组，发送第一次http请求并且得到响应，服务端守护进程输出响应之后，并没马上主动关闭tcp连接。而是启动keepalive_timout计时。
第三组，2分钟后，发送第二次http请求并且得到响应，同样服务端守护进程也没有马上主动关闭tcp连接，重新启动keepalive_timout计时。
第四组，又2分钟后，发送了第三次http请求并且得到响应。服务器守护进程依然没有主动关地闭tcp连接（距第一次http响应有4分钟了,大于keepalive_timeout值），而是重新启动了keepalive_timout计时。
第五组，跟最后一个响应keepalive_timeout(180s)内，守护进程再没有收到请求。计时结束，服务端守护进程主动关闭连接。4次挥手后，服务端进入TIME_WAIT状态。
这说明，当设定了keepalive_timeout，一个socket由建立到释放，需要时间是：tcp建立 + (最后一个响应时间 – 第一个请求时间) + tcp关闭 + 2MSL。
进一步测试，正在关闭或者TIME_WAIT状态的tcp连接，不能传输http请求和响应。
即，当一个连接结束keepalive_timeout计时，服务端守护进程发送第一个FIN标志ip包后，该连接不能再使用了。
http keep-alive与tcp keep-alive
http keep-alive与tcp keep-alive，不是同一回事，意图不一样。
http keep-alive是为了让tcp活得更久一点，以便在同一个连接上传送多个http，提高socket的效率。
而tcp keep-alive是TCP的一种检测TCP连接状况的保鲜机制。
tcp keep-alive保鲜定时器，支持三个系统内核配置参数：
echo 1800 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_time
echo 15 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_intvl
echo 5 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_probeskeepalive是TCP保鲜定时器，当网络两端建立了TCP连接之后，
闲置idle（双方没有任何数据流发送往来）了tcp_keepalive_time后，
服务器内核就会尝试向客户端发送侦测包，来判断TCP连接状况(有可能客户端崩溃、强制关闭了应用、主机不可达等等)。
如果没有收到对方的回答(ack包)，则会在 tcp_keepalive_intvl后再次尝试发送侦测包，直到收到对对方的ack,如果一直没有收到对方的ack,一共会尝试 tcp_keepalive_probes次，每次的间隔时间在这里分别是15s, 30s, 45s, 60s, 75s。
如果尝试tcp_keepalive_probes,依然没有收到对方的ack包，则会丢弃该TCP连接。
TCP连接默认闲置时间是2小时，一般设置为30分钟足够了。
也就是说，仅当nginx的keepalive_timeout值设置高于tcp_keepalive_time，并且距此tcp连接传输的最后一个http响应，经过了tcp_keepalive_time时间之后，操作系统才会发送侦测包来决定是否要丢弃这个TCP连接。一般不会出现这种情况，除非你需要这样做。
keep-alive与TIME_WAIT
使用http keep-alvie，可以减少服务端TIME_WAIT数量(因为由服务端httpd守护进程主动关闭连接)。道理很简单，相较而言，启用keep-alive，建立的tcp连接更少了，自然要被关闭的tcp连接也相应更少了。
最后，用一张示意图片来说明启用keepalive的不同。
了解HTTP Keep-Alive的基本情况
HTTP Keep-Alive 很大程序上被误解了，下面介绍一下它在HTTP/1.0和HTTP/1.1版本下是如何工作的。
Keep-Alive是HTTP协议中非常重要的一个属性。
大家知道HTTP构建在TCP之上。
在HTTP早期实现中，每个HTTP请求都要打开一个socket连接。
这种做效率很低，因为一个Web 页面中的很多HTTP请求都指向同一个服务器。
例如，很多为Web页面中的图片发起的请求都指向一个通用的图片服务器。
持久连接的引入解决了多对已请求服务器导致的socket连接低效性的问题。
它使浏览器可以再一个单独的连接上进行多个请求。
浏览器和服务器使用Connection头ilai指出对Keep-Alive的支持。
HTTP是一个请求<->响应模式的典型范例，即客户端向服务器发送一个请求信息，服务器来响应这个信息。
在老的HTTP版本中，每个请求都将被创建一个新的客户端->服务器的连接，在这个连接上发送请求，然后接收请求。
这样的模式有一个很大的优点就是，它很简单，很容易理解和编程实现；
它也有一个很大的缺点就是，它效率很低，因此Keep-Alive被提出用来解决效率低的问题。
HTTP/1.0
HTTP 1.0中默认是关闭的，需要在http头加入"Connection: Keep-Alive"，才能启用Keep-Alive；HTTP 1.1中默认启用Keep-Alive，如果加入"Connection: close"，才关闭。
在HTTP/1.0版本中，并没有官方的标准来规定Keep-Alive如何工作，因此实际上它是被附加到HTTP/1.0协议上，如果客户端浏览器支持Keep-Alive，那么就在HTTP请求头中添加一个字段 Connection: Keep-Alive，当服务器收到附带有Connection: Keep-Alive的请求时，它也会在响应头中添加一个同样的字段来使用Keep-Alive。
这样一来，客户端和服务器之间的HTTP连接就会被保持，不会断开（超过Keep-Alive规定的时间，意外断电等情况除外），当客户端发送另外一个请求时，就使用这条已经建立的连接。
HTTP/1.1
目前大部分浏览器都是用HTTP 1.1协议，也就是说默认会启用Keep-Alive的连接请求。
在HTTP/1.1版本中，官方规定的Keep-Alive使用标准和在HTTP/1.0版本中有些不同，默认情况下所在HTTP1.1中所有连接都被保持，除非在请求头或响应头中指明要关闭：Connection: Close ，这也就是为什么Connection: Keep-Alive字段再没有意义的原因。
另外，还添加了一个新的字段Keep-Alive:，因为这个字段并没有详细描述用来做什么，可忽略它。
Not reliable（不可靠）
HTTP是一个无状态协议，这意味着每个请求都是独立的，Keep-Alive没能改变这个结果。
另外，Keep-Alive也不能保证客户端和服务器之间的连接一定是活跃的，在HTTP1.1版本中也如此。
唯一能保证的就是当连接被关闭时你能得到一个通知，所以不应该让程序依赖于Keep-Alive的保持连接特性，否则会有意想不到的后果。
Keep-Alive和POST
在HTTP1.1细则中规定了在一个POST消息体后面不能有任何字符，还指出了对于某一个特定的浏览器可能并不遵循这个标准（比如在POST消息体的后面放置一个CRLF符）。
而据我所知，大部分浏览器在POST消息体后都会自动跟一个CRLF符再发送，如何解决这个问题呢？
根据上面的说明在POST请求头中禁止使用Keep-Alive，或者由服务器自动忽略这个CRLF，大部分服务器都会自动忽略，但是在未经测试之前是不可能知道一个服务器是否会这样做。
一些容易犯的误区：
HTTP是一个无状态的面向连接的协议，无状态不代表HTTP不能保持TCP连接，更不能代表HTTP使用的是UDP协议（无连接）
从HTTP/1.1起，默认都开启了Keep-Alive，保持连接特性，简单地说，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，如果客户端再次访问这个服务器上的网页，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。
TCP keepalive概述
什么是TCP keepalive
keep tcp alive，从字面上看，它能够检测你的 TCP socket 并检测连接是否在运行或者是否已经被破坏。
keepalive概念很简单：当建立一个TCP连接时，你将一系列的定时器与该连接相关联。
这些定时器中某些用于处理keepalive过程。
当keepalive定时器变为0时，你给你的同伴（也就是对方）发送一个keepalive 探针包（probe packet），包内没有数据并且ACK标识打开。
另一方面，你会收到一个来自远方主机的回应，该回应没有数据并且设置ACK标识。
如果你收到一个对于你的keepalive探针的响应，那么就说明连接正在运行，不必担心用户级别的实现。
事实上，TCP允许你控制流，没有包及零长度的数据包对于用户程序而言没有危险。
这个过程是有用的。因为如果其他主机失去连接，你就可以注意到连接时断开的。
如果keepalive探针没有被响应，那么就可以断言连接不能被认为是有效的，那么就需要采取正确的操作。
整个keepalive过程很简单，就是client给server发送一个包，server返回给用户一个包。注意包内没有数据，只有ACK标识被打开。这就有点像小情侣聊QQ，常常是小女生向小男生发送一个窗口抖动，男生再给小女生发送一个窗口抖动，这就说明对方在呢，那就继续下面的聊天。如果男生不发送，那么聊天中止。
TCP Keepalive的起源
TCP协议中有长连接和短连接之分。短连接环境下，数据交互完毕后，主动释放连接；
长连接的环境下，进行一次数据交互后，很长一段时间内无数据交互时，客户端可能意外断电、死机、崩溃、重启，还是中间路由网络无故断开，这些TCP连接并未来得及正常释放，那么，连接的另一方并不知道对端的情况，它会一直维护这个连接，长时间的积累会导致非常多的半打开连接，造成端系统资源的消耗和浪费，且有可能导致在一个无效的数据链路层面发送业务数据，结果就是发送失败。所以服务器端要做到快速感知失败，减少无效链接操作，这就有了TCP的Keepalive（保活探测）机制。
TCP Keepalive工作原理
当一个 TCP 连接建立之后，启用 TCP Keepalive 的一端便会启动一个计时器，当这个计时器数值到达 0 之后（也就是经过tcp_keep-alive_time时间后，这个参数之后会讲到），一个 TCP 探测包便会被发出。
这个 TCP 探测包是一个纯 ACK 包（规范建议，不应该包含任何数据，但也可以包含1个无意义的字节，比如0x0。），其 Seq号 与上一个包是重复的，所以其实探测保活报文不在窗口控制范围内。
如果一个给定的连接在两小时内（默认时长）没有任何的动作，则服务器就向客户发一个探测报文段，客户主机必须处于以下4个状态之一：
1. 客户主机依然正常运行，并从服务器可达。客户的TCP响应正常，而服务器也知道对方是正常的，服务器在两小时后将保活定时器复位。
2. 客户主机已经崩溃，并且关闭或者正在重新启动。在任何一种情况下，客户的TCP都没有响应。服务端将不能收到对探测的响应，并在75秒后超时。服务器总共发送10个这样的探测 ，每个间隔75秒。如果服务器没有收到一个响应，它就认为客户主机已经关闭并终止连接。
3. 客户主机崩溃并已经重新启动。服务器将收到一个对其保活探测的响应，这个响应是一个复位，使得服务器终止这个连接。
4. 客户机正常运行，但是服务器不可达，这种情况与2类似，TCP能发现的就是没有收到探测的响应。
对于linux内核来说，应用程序若想使用TCP Keepalive，需要设置SO_KEEPALIVE套接字选项才能生效。
有三个重要的参数：
1. tcp_keepalive_time，在TCP保活打开的情况下，最后一次数据交换到TCP发送第一个保活探测包的间隔，即允许的持续空闲时长，或者说每次正常发送心跳的周期，默认值为7200s（2h）。
2. tcp_keepalive_probes 在tcp_keepalive_time之后，没有接收到对方确认，继续发送保活探测包次数，默认值为9（次）
3. tcp_keepalive_intvl，在tcp_keepalive_time之后，没有接收到对方确认，继续发送保活探测包的发送频率，默认值为75s。
其他编程语言有相应的设置方法，这里只谈linux内核参数的配置。例如C语言中的setsockopt()函数，java的Netty服务器框架中也提供了相关接口。
TCP Keepalive作用
1. 探测连接的对端是否存活
在应用交互的过程中，可能存在以下几种情况：
（1）客户端或服务器意外断电，死机，崩溃，重启。
（2）中间网络已经中断，而客户端与服务器并不知道。
利用保活探测功能，可以探知这种对端的意外情况，从而保证在意外发生时，可以释放半打开的TCP连接。
2. 防止中间设备因超时删除连接相关的连接表
中间设备如防火墙等，会为经过它的数据报文建立相关的连接信息表，并为其设置一个超时时间的定时器，如果超出预定时间，某连接无任何报文交互的话，
中间设备会将该连接信息从表中删除，在删除后，再有应用报文过来时，中间设备将丢弃该报文，从而导致应用出现异常。
TCP Keepalive可能导致的问题
Keepalive 技术只是 TCP 技术中的一个可选项。因为不当的配置可能会引起一些问题，所以默认是关闭的。
可能导致下列问题：
1. 在短暂的故障期间，Keepalive设置不合理时可能会因为短暂的网络波动而断开健康的TCP连接
2. 需要消耗额外的宽带和流量
3. 在以流量计费的互联网环境中增加了费用开销