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关于java:面试官大量-TIMEWAIT-状态-TCP-连接对业务有什么影响怎么处理

jiezi

起源：http://ningg.top/computer-bas…

几个方面：

  1. 问题形容：什么景象？什么影响？
  2. 问题剖析
  3. 解决方案
  4. 底层原理

1. 问题形容

模仿高并发的场景，会呈现批量的 TIME_WAIT 的 TCP 连贯：

短时间后，所有的 TIME_WAIT 全都隐没，被回收，端口包含服务，均失常。

即，在高并发的场景下，TIME_WAIT 连贯存在，属于失常景象。

线上场景中，继续的高并发场景

  • 一部分 TIME_WAIT 连贯被回收，但新的 TIME_WAIT 连贯产生；
  • 一些极其状况下，会呈现 大量 的 TIME_WAIT 连贯。

Think：

上述大量的 TIME_WAIT 状态 TCP 连贯，有什么业务上的影响吗？

Nginx 作为反向代理时，大量的短链接，可能导致 Nginx 上的 TCP 连贯处于 time_wait 状态：

  • 每一个 time_wait 状态，都会占用一个「本地端口」，下限为 65535(16 bit，2 Byte)；
  • 当大量的连贯处于 time_wait 时，新建设 TCP 连贯会出错，address already in use : connect 异样

统计 TCP 连贯的状态：

// 统计：各种连贯的数量
$ netstat -n | awk '/^tcp/ {++S[$NF]} END {for(a in S) print a, S[a]}'
ESTABLISHED 1154
TIME_WAIT 1645

Tips：

TCP 本地端口数量，下限为 65535（6.5w），这是因为 TCP 头部应用 16 bit，存储「端口号」，因而束缚下限为 65535。

2. 问题剖析

大量的 TIME_WAIT 状态 TCP 连贯存在，其本质起因是什么？

  • 大量的 短连贯 存在
  • 特地是 HTTP 申请中，如果 connection 头部取值被设置为 close 时，根本都由「服务端 」发动 被动敞开连贯
  • 而，TCP 四次挥手 敞开连贯机制中，为了保障 ACK 重发 和抛弃提早数据，设置 time_wait 为 2 倍的 MSL（报文最大存活工夫）

TIME_WAIT 状态：

  • TCP 连贯中，被动敞开连贯 的一方呈现的状态；（收到 FIN 命令，进入 TIME_WAIT 状态，并返回 ACK 命令）
  • 放弃 2 个 MSL 工夫，即，4 分钟；（MSL 为 2 分钟）

3. 解决办法

解决上述 time_wait 状态大量存在，导致新连贯创立失败的问题，个别解决办法：

1、客户端 ，HTTP 申请的头部，connection 设置为 keep-alive，放弃存活一段时间：当初的浏览器，个别都这么进行了 2、 服务器端，

  • 容许 time_wait 状态的 socket 被 重用
  • 缩减 time_wait 工夫，设置为 1 MSL（即，2 mins）

更多细节，参考：

https://www.cnblogs.com/yjf51…

论断：几个外围要点

1、time_wait 状态的影响：

  • TCP 连贯中，「被动发动敞开连贯」的一端，会进入 time_wait 状态
  • time_wait 状态，默认会继续 2 MSL（报文的最大生存工夫），个别是 2×2 mins
  • time_wait 状态下，TCP 连贯占用的端口，无奈被再次应用
  • TCP 端口数量，下限是 6.5w（65535，16 bit）
  • 大量 time_wait 状态存在，会导致新建 TCP 连贯会出错，address already in use : connect 异样

2、事实场景：

  • 服务器端，个别设置：不容许「被动敞开连贯」
  • 但 HTTP 申请中，http 头部 connection 参数，可能设置为 close，则，服务端解决完申请会被动敞开 TCP 连贯
  • 当初浏览器中，HTTP 申请 connection 参数，个别都设置为 keep-alive
  • Nginx 反向代理场景中，可能呈现大量短链接，服务器端，可能存在

3、解决办法：服务器端，

  • 容许 time_wait 状态的 socket 被重用
  • 缩减 time_wait 工夫，设置为 1 MSL（即，2 mins）

4. 附录

几个方面：

  1. TCP 连贯状态的查问
  2. MSL 工夫
  3. TCP 三次握手和四次握手

附录 A：查问 TCP 连贯状态

Mac 下，查问 TCP 连贯状态的具体命令：

// Mac 下，查问 TCP 连贯状态
$ netstat -nat |grep TIME_WAIT

// Mac 下，查问 TCP 连贯状态，其中 -E 示意 grep 或的匹配逻辑
$ netstat -nat | grep -E "TIME_WAIT|Local Address"
Proto  Recv-Q Send-Q Local  Address  Foreign  Address  (state)
tcp4 0  0  127.0.0.1.1080  127.0.0.1.59061 TIME_WAIT

// 统计：各种连贯的数量
`$ netstat -n | awk '/^tcp/ {++S[$NF]} END {for(a in S) print a, S[a]}'
`ESTABLISHED 1154
`TIME_WAIT 1645

附录 B：MSL 工夫

MSL，Maximum Segment Lifetime，“报文最大生存工夫”，

  1. 任何报文在网络上存在的最长工夫，超过这个工夫报文将被抛弃。（IP 报文）
  2. TCP 报文（segment）是 ip 数据报（datagram）的数据局部。

Tips：

RFC 793 中规定 MSL 为 2 分钟，理论利用中罕用的是 30 秒，1 分钟和 2 分钟等。

2MSL，TCP 的 TIME_WAIT 状态，也称为2MSL 期待状态：

  1. 当 TCP 的一端发动被动敞开（收到 FIN 申请），在收回最初一个 ACK 响应后，即第 3 次握 手实现后，发送了第四次握手的 ACK 包后，就进入了 TIME_WAIT 状态。
  2. 必须在此状态上停留两倍的 MSL 工夫，期待 2MSL 工夫次要目标是怕最初一个 ACK 包对方没收到，那么对方在超时后将重发第三次握手的 FIN 包，被动敞开端接到重发的 FIN 包后，能够再发一个 ACK 应答包。
  3. 在 TIME_WAIT 状态时，两端的端口不能应用，要等到 2MSL 工夫完结，才可持续应用。（IP 层）
  4. 当连贯处于 2MSL 期待阶段时，任何早退的报文段都将被抛弃。

不过在理论利用中，能够通过设置「SO_REUSEADDR 选项」，达到不用期待 2MSL 工夫完结，即可应用被占用的端口。

附录 C：TCP 三次握手和四次握手

具体细节，参考：

  • TCP 的三次握手与四次挥手（详解 + 动图）

具体示意图：

  1. 三次握手 ， 建设 连贯过程
  2. 四次挥手 ， 开释 连贯过程

几个外围疑难：

1、time_wait 是「服务器端」的状态？or「客户端」的状态？

  • RE：time_wait 是「被动敞开 TCP 连贯」一方的状态，可能是「客服端」的，也可能是「服务器端」的
  • 个别状况下，都是「客户端」所处的状态；「服务器端」个别设置「不被动敞开连贯」

2、服务器在对外服务时，是「客户端」发动的断开连接？还是「服务器」发动的断开连接？

  • 失常状况下，都是「客户端」发动的断开连接
  • 「服务器」个别设置为「不被动敞开连贯」，服务器通常执行「被动敞开」
  • 但 HTTP 申请中，http 头部 connection 参数，可能设置为 close，则，服务端解决完申请会被动敞开 TCP 连贯

对于 Apache httpd 服务器的关联配置，参考：

https://elf8848.iteye.com/blo…

对于 HTTP 申请中，设置的被动敞开 TCP 连贯的机制：TIME_WAIT 的是被动断开刚才会呈现的，所以被动断开方是服务端？

  • 答案是是的。在 HTTP1.1 协定中，有个 Connection 头，Connection 有两个值，close 和 keep-alive，这个头就相当于客户端通知服务端，服务端你执行实现申请之后，是敞开连贯还是放弃连贯，放弃连贯就意味着在放弃连贯期间，只能由客户端被动断开连接。还有一个 keep-alive 的头，设置的值就代表了服务端放弃连贯放弃多久。
  • HTTP 默认的 Connection 值为 close，那么就意味着敞开申请的一方简直都会是由服务端这边发动的。那么这个服务端产生 TIME_WAIT 过多的状况就很失常了。
  • 尽管 HTTP 默认 Connection 值为 close，然而，当初的浏览器发送申请的时候个别都会设置 Connection 为 keep-alive 了。所以，也有人说，当初没有必要通过调整参数来使 TIME_WAIT 升高了。

对于 time_wait：

1、TCP 连贯建设后，「被动敞开连贯」的一端，收到对方的 FIN 申请后，发送 ACK 响应，会处于 time_wait 状态；

2、time_wait 状态 ，存在的 必要性：

  • 牢靠的实现 TCP 全双工连贯的终止：四次挥手敞开 TCP 连贯过程中，最初的 ACK 是由「被动敞开连贯」的一端收回的，如果这个 ACK 失落，则，对方会重发 FIN 申请，因而，在「被动敞开连贯」的一段，须要保护一个 time_wait 状态，解决对方重发的 FIN 申请；
  • 解决提早达到的报文：因为路由器可能抖动，TCP 报文会提早达到，为了防止「提早达到的 TCP 报文」被误认为是「新 TCP 连贯」的数据，则，须要在容许新创建 TCP 连贯之前，放弃一个不可用的状态，期待所有提早报文的隐没，个别设置为 2 倍的 MSL（报文的最大生存工夫），解决「提早达到的 TCP 报文」问题；

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