HttpClient的keepalive以高效利用长连接

keepalive的失效时间总结：
客户端（httpclient创建并维护socket连接池）：1、HTTP层：通过和服务器端协商的getKeepAliveDuration时间来失效，默认情况下返回-1，即永久有效。2、连接池层：通过连接池的启动job程序IdleConnectionsEvictor来回收过期socket，过期时间配置maxIdleTime来决定。3、linux操作系统层（vi /etc/sysctl.conf）：配置net.ipv4.tcp_keepalive_time = 1200  net.ipv4.tcp_keepalive_probes = 5  net.ipv4.tcp_keepalive_intvl = 15这三个值来控制回收时间。
服务器端（被访问端的连接失效时间）：1、应用容器层，比如tomcat中keepAliveTimeout="60000"来控制连接的失效时间（如果没有设置keepAliveTimeout，取connectionTimeout="10000"的时间为keepalive的失效时间）。2、操作系统层：和上面一样。
小结：如果服务器端的过期时间小于客户端的过期时间，在临界值状态下就可能会发生如下报错：
错误1：java.net.SocketException: Connection reset
错误2：java.net.SocketException: Broken pipe
错误3：org.apache.http.NoHttpResponseException: *** failed to respond
会导致访问出问题，所以个人建议客户端的过期时间要小于服务器端的过期时间。

一、扫盲阶段
总所周知http1.1(http1.0不是标准，依服务器而定)是支持长连接的，长连接能够保证服务器和客户端的socket能够高效利用，减少握手等额外的开销。httpClient在正常情况下会带上Connection: keep-alive表示我是支持长连接的，当完成一个请求后，视情况决定是否关闭连接。
正常情况下，服务器在返回内容的头中会带上如下信息：

但是如果服务器端连接次数计数达到指定值时，则会在返回内容中添加Connection: close信息，表示该连接将被关闭。

这个时候该connection就失效了，客户端如果下次请求服务器的话，需要重新创建一个新的连接。但是有个问题，是否连接保持是由服务器端决定的，一旦连接超时导致connection close，服务器是不会专门通知客户端的，所以我们不能依赖Connection: close信息来决定是否关闭socket。

二、应用容器超时设置（服务器端有效，客户端连接池不受控制）
我们先来看看tomcat对长连接的配置。下面是一个典型的配置长连接的方式，其中:
keepAliveTimeout：表示在下次请求过来之前，tomcat保持该连接多久。这就是说假如客户端不断有请求过来，且为超过过期时间，则该连接将一直保持。
maxKeepAliveRequests：表示该连接最大支持的请求数。超过该请求数的连接也将被关闭（此时就会返回一个Connection: close头给客户端）。
由于keeplive的不确定性，这对客户端高效的实现http请求带来了一定挑战。在httpClient中对连接的复用采用了多种机制同时保证，但是这需要和服务器端一起配合。如果服务器端和客户端在keepAlive相关的配置不匹配的话，轻则效率低下，重则伤筋动骨，具体有哪些需要注意的地方？下面一一道来。
TOMCAT配置
<Connector port="8088" protocol="org.apache.coyote.http11.Http11NioProtocol"
                connectionTimeout="10000"
                redirectPort="8443"
                URIEncoding="UTF-8"
                maxConnections="5000"
                maxThreads="5000"
                maxHttpHeaderSize="20480"
                keepAliveTimeout="60000"
                maxKeepAliveRequests="300"
               acceptCount="2500" />

三、HTTPClient连接池说明（客户端配置）
http连接池[采用httpclient-4.5.jar]
httpClient提供了连接池实现连接的复用，这是实现高效请求的基础，下面是给httpClient设置连接池的方法：
PoolingHttpClientConnectionManager cm = new PoolingHttpClientConnectionManager();
//连接池最大生成连接数200
cm.setMaxTotal(200);
// 默认设置route最大连接数为20
cm.setDefaultMaxPerRoute(20);
// 指定专门的route，设置最大连接数为80
HttpHost localhost = new HttpHost("locahost", 80);
cm.setMaxPerRoute(new HttpRoute(localhost), 50);
// 创建httpClient
CloseableHttpClient httpClient = HttpClients.custom()
        .setConnectionManager(cm)
        .build();
有几个需要注意的地方：
1.如果你的客户端连接的目标服务器只有一个，那么大可设置最大route连接数和最大连接池连接数相同，以便高效利用连接池中创建的连接。
2.创建的httpClient对象是线程安全的，如果连接的目标服务器只有一个的话，创建一个全局对象即可。一个对象好比开了一个浏览器，多个线程无需每次请求时专门开一个浏览器，统一一个即可。
3.如果httpClient对象不再使用，记得关闭，释放与服务器保持连接的socket，以便服务器更高效的释放资源。

四、客户端连接池管理，清理过期的连接（客户端有效）
虽然连接池有了，但是由于http连接的特殊性（只有在通讯正在进行（block）时才能够对IO事件做出反应）。一旦连接被放回连接池后，我们无从知道该连接是否还是keepalive的，且此时也无法监控当前socket的状态（即服务器主动关闭了连接，但客户端没有通讯时是不知道当前连接的状态是怎样的）。怎么办呢？httpClient采用了一个折中的方案来检查连接的“状态”，就是由客户端自己通过配置去主动关闭其认为是失效的连接。具体方法如下：
public final class IdleConnectionEvictor {

    private final HttpClientConnectionManager connectionManager;
    private final ThreadFactory threadFactory;
    private final Thread thread;
    private final long sleepTimeMs;
    private final long maxIdleTimeMs;

    private volatile Exception exception;

    public IdleConnectionEvictor(
            final HttpClientConnectionManager connectionManager,
            final ThreadFactory threadFactory,
            final long sleepTime, final TimeUnit sleepTimeUnit,
            final long maxIdleTime, final TimeUnit maxIdleTimeUnit) {
        this.connectionManager = Args.notNull(connectionManager, "Connection manager");
        this.threadFactory = threadFactory != null ? threadFactory : new DefaultThreadFactory();
        this.sleepTimeMs = sleepTimeUnit != null ? sleepTimeUnit.toMillis(sleepTime) : sleepTime;
        this.maxIdleTimeMs = maxIdleTimeUnit != null ? maxIdleTimeUnit.toMillis(maxIdleTime) : maxIdleTime;
        this.thread = this.threadFactory.newThread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
                        Thread.sleep(sleepTimeMs);
                        connectionManager.closeExpiredConnections();
                        if (maxIdleTimeMs > 0) {
                            connectionManager.closeIdleConnections(maxIdleTimeMs, TimeUnit.MILLISECONDS);
                        }
                    }
                } catch (Exception ex) {
                    exception = ex;
                }

            }
        });
    }
我们新建了一个Thread,该Thread每隔5s进行一次清理，把认为是expired或空闲超过30s的连接给关闭掉。这里关闭空闲的连接好理解。问题是关闭expired的连接，什么样的连接才算是expired呢？刚才说过客户端是无法检测到对应的连接是否是alive的，故通过一个配置告诉httpClient每个连接大概什么时候会断掉，httpClient会认为过了该时间的连接就是expired的连接。默认情况下，httpClient认为只要连接上服务器的socket将永远不会断掉。显然这种假设过于乐观。

使用回收job：需要创建并start job，才会生效。
IdleConnectionsEvictor idleConnectionsEvictor = new IdleConnectionsEvictor(clientConnectionManager,
    cfg.getUpdateConnectionsEvictorSleepDelay(), TimeUnit.MILLISECONDS,
    cfg.getMaxUpdateConnectionIdleTime(), TimeUnit.MILLISECONDS);
idleConnectionsEvictor.start();

重点1：connectionManager.closeExpiredConnections();其中一般expiry都会比较大，一般默认过期时间都是一个多月
if(timeToLive > 0L) {
    this.validityDeadline = this.created + tunit.toMillis(timeToLive);
} else {
    this.validityDeadline = 9223372036854775807L;
}

this.expiry = this.validityDeadline;
重点2：connectionManager.closeIdleConnections(maxIdleTimeMs, TimeUnit.MILLISECONDS);连接池中的失效时间为设置的maxIdleTimeMs。
public void closeIdle(long idletime, TimeUnit tunit) {
    Args.notNull(tunit, "Time unit");
    long time = tunit.toMillis(idletime);
    if(time < 0L) {
        time = 0L;
    }

    final long deadline = System.currentTimeMillis() - time;
    this.enumAvailable(new PoolEntryCallback() {
        public void process(PoolEntry<T, C> entry) {
            if(entry.getUpdated() <= deadline) {
                entry.close();
            }

        }
    });
}
//updated时间为创建对象的时间
this.updated = System.currentTimeMillis();

五、客户端HTTP层的keepalive保持时间（客户端有效，默认返回-1，永久有效）
keepalive策略：为了使connMgr.closeExpiredConnections();起到作用，我们需要指定连接keep alive策略，来告诉httpClient，哪些连接大概什么时候会过期，你可以关闭他们。下面是一个设置keep alive 策略的例子：
ConnectionKeepAliveStrategy myStrategy = new ConnectionKeepAliveStrategy() {
    public long getKeepAliveDuration(HttpResponse response, HttpContext context) {
        // Honor 'keep-alive' header
        HeaderElementIterator it = new BasicHeaderElementIterator(
                response.headerIterator(HTTP.CONN_KEEP_ALIVE));
        while (it.hasNext()) {
            HeaderElement he = it.nextElement();
            String param = he.getName();
            String value = he.getValue();
            if (value != null && param.equalsIgnoreCase("timeout")) {
                try {
                    return Long.parseLong(value) * 1000;
                } catch(NumberFormatException ignore) {
                }
            }
        }
        HttpHost target = (HttpHost) context.getAttribute(
                HttpClientContext.HTTP_TARGET_HOST);
        if ("www.naughty-server.com".equalsIgnoreCase(target.getHostName())) {
            // Keep alive for 5 seconds only
            return 5 * 1000;
        } else {
            // otherwise keep alive for 30 seconds
            return 30 * 1000;
        }
    }
};
CloseableHttpClient client = HttpClients.custom()
        .setKeepAliveStrategy(myStrategy)
        .build();
这个例子指明在访问www.***.com和其他未知服务器时的keeplive为一个固定值，如果服务器返回keeplive过期时间，则通过服务器告诉客户端该连接大概什么时候过期（注意这不是一个标准的http协议，不是所有服务器都支持）。

六、总结
如果httpClient是访问单一的地址（如rpc请求），通过与服务器配置配合能够更高效的利用客户端的连接池，例如以tomcat为例，设置maxKeepAliveRequests为-1则可以使该连接可以请求无限次数，而设置keepAliveTimeout为一个较大的时间则可以让客户端更有效的利用连接池中的连接。凡事都有前提，如果目标tomcat即用于rpc调用，又用于服务正常连接请求的话，则上面优化反而会大量消耗服务器资源。这时可以讲这两类服务拆分成两个tomcat进行分别处理。另外，如果在服务器前面配有代理的话（apache,nginx），则还需视情况设置代理的keepAlive策略以提高利用率。