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JAVA HttpClient 长连接失效？ConnectionReuseStrategy 用法解析

好的，下面我们来深入探讨Java HttpClient长连接失效的问题，并详细解析ConnectionReuseStrategy的用法。

讲座：Java HttpClient长连接失效问题与ConnectionReuseStrategy解析

引言

Java HttpClient是构建网络应用的重要组件。为了提高性能，HttpClient默认采用长连接（也称为持久连接）机制，即在完成一次请求后，连接并不立即关闭，而是保持一段时间，以便后续请求复用。然而，在实际应用中，我们经常遇到HttpClient长连接失效的问题，导致性能下降。本文将深入分析长连接失效的常见原因，并详细讲解ConnectionReuseStrategy的用法，帮助开发者更好地理解和解决长连接相关的问题。

一、HttpClient长连接原理

HTTP协议本身是基于请求-响应模型的。最初的HTTP/1.0协议，默认情况下每个请求都会创建一个新的TCP连接，完成请求后立即关闭。这在高并发场景下会产生大量的连接创建和销毁开销，影响性能。

HTTP/1.1协议引入了长连接的概念，允许在一个TCP连接上发送多个HTTP请求和响应。客户端可以通过设置Connection: keep-alive请求头，告诉服务器希望保持连接。服务器如果支持长连接，也会在响应头中包含Connection: keep-alive。

HttpClient通过连接池来管理这些长连接。当需要发送请求时，HttpClient首先尝试从连接池中获取可用的连接。如果连接池为空，或者没有可用的连接，则创建一个新的连接。请求完成后，连接会被放回连接池，等待后续请求复用。

二、HttpClient长连接失效的常见原因

尽管HttpClient提供了长连接机制，但在实际应用中，连接仍然可能失效，导致性能问题。以下是几种常见的长连接失效原因：

  1. 服务器主动关闭连接： 服务器可能由于各种原因（例如，超时、负载过高、配置变更）主动关闭连接。HttpClient在发送请求时，如果发现连接已关闭，会抛出IOException。

  2. 连接空闲超时： HttpClient和服务器都可能配置连接空闲超时时间。如果在超时时间内，连接上没有任何活动，连接会被自动关闭。

  3. 未正确消费响应内容： 在使用HttpClient发送请求后，必须确保完全消费响应内容。如果只是读取了部分内容就关闭了连接，可能会导致连接被HttpClient认为是不安全的，从而被关闭。

  4. 半关闭连接： 一种情况是客户端或服务器单方面关闭了连接的写通道，而保持读通道打开。这种半关闭状态可能导致连接在使用时出现问题。

  5. 网络中断或异常： 网络不稳定或发生中断可能导致连接意外中断。

  6. 代理服务器： 如果使用了代理服务器，代理服务器也可能对连接进行管理，导致长连接失效。

  7. HttpClient配置错误： HttpClient的配置，例如连接池大小、连接超时时间等，可能影响长连接的有效性。

三、ConnectionReuseStrategy接口与实现

ConnectionReuseStrategy接口用于确定HTTP连接是否可以被重用。HttpClient使用该策略来判断在完成一个请求后，是否应该将连接放回连接池，以便后续请求复用。

ConnectionReuseStrategy接口定义如下：

public interface ConnectionReuseStrategy {

    /**
     * Determines whether a connection can be re-used for subsequent requests.
     *
     * @param response the last response received over this connection.
     * @param context the context in which the connection is being used.
     *
     * @return {@code true} if the connection can be re-used, {@code false}
     *  otherwise.
     */
    boolean keepAlive(HttpResponse response, HttpContext context);

}

该接口只有一个方法keepAlive(HttpResponse response, HttpContext context)，接收HttpResponse和HttpContext作为参数，返回一个boolean值，表示连接是否可以重用。

HttpClient提供了几个默认的ConnectionReuseStrategy实现：

  1. DefaultConnectionReuseStrategy： 这是HttpClient的默认实现。它遵循HTTP/1.1协议的规范，根据响应头中的Connection字段和Content-Length或Transfer-Encoding字段来判断连接是否可以重用。 如果响应头包含Connection: close，则连接不能重用。 如果响应头没有明确指定Connection字段，但使用了HTTP/1.1协议，并且响应包含了完整的消息体（通过Content-Length或Transfer-Encoding: chunked指定），则连接可以重用。

  2. NoConnectionReuseStrategy： 这是一个始终返回false的实现，表示所有连接都不能重用。

四、DefaultConnectionReuseStrategy源码分析与逻辑详解

我们重点分析DefaultConnectionReuseStrategy的源码，了解其判断连接是否可重用的具体逻辑。

public class DefaultConnectionReuseStrategy implements ConnectionReuseStrategy {

    @Override
    public boolean keepAlive(final HttpResponse response, final HttpContext context) {
        Args.notNull(response, "HTTP response");
        Args.notNull(context, "HTTP context");

        final HttpRequest request = (HttpRequest) context.getAttribute(
                HttpCoreContext.HTTP_REQUEST);
        if (request != null) {
            Header[] connHeaders = request.getHeaders(HTTP.CONN_DIRECTIVE);
            if (connHeaders != null && connHeaders.length > 0) {
                CharArrayBuffer buf = null;
                for (int i = 0; i < connHeaders.length; i++) {
                    HeaderElement[] elements = connHeaders[i].getElements();
                    for (int j = 0; j < elements.length; j++) {
                        NameValuePair param = elements[j];
                        String paramName = param.getName();
                        if (HTTP.CONN_CLOSE.equalsIgnoreCase(paramName)) {
                            return false;  // Request header explicitly says close
                        }
                        if (HTTP.CONN_KEEP_ALIVE.equalsIgnoreCase(paramName)) {
                            return true;   // Request header explicitly says keep-alive
                        }
                    }
                }
            }
        }

        final ProtocolVersion version = response.getStatusLine().getProtocolVersion();
        final Header teh = response.getFirstHeader(HTTP.TRANSFER_ENCODING);
        if (teh != null) {
            if (!HTTP.CHUNK_CODING.equalsIgnoreCase(teh.getValue())) {
                return false;  // Transfer-Encoding not supported
            }
        } else {
            if (HttpClientParams.isUseExpectContinue(context)) {
                // RFC 2616, 8.2.3,  request with body and Expect-Continue
                //  must not reuse connection until response is received
                final HttpEntity entity = ((HttpRequestWrapper) request).getOriginal().getEntity();
                if (entity != null && entity.isRepeatable()) {
                    try {
                        if (entity.getContentLength() < 0) {
                            return false;
                        }
                    } catch (final IOException ex) {
                       return false;
                    }
                }
            }

            final Header[] clhs = response.getHeaders(HTTP.CONTENT_LEN);
            if (clhs.length == 0) {
                if (!canResponseHaveBody(request, response)) {
                    return true;
                }
                return false; // No Content-Length header
            }
        }

        final Header[] connHeaders = response.getHeaders(HTTP.CONN_DIRECTIVE);
        if (connHeaders != null && connHeaders.length > 0) {
            CharArrayBuffer buf = null;
            for (int i = 0; i < connHeaders.length; i++) {
                HeaderElement[] elements = connHeaders[i].getElements();
                for (int j = 0; j < elements.length; j++) {
                    NameValuePair param = elements[j];
                    String paramName = param.getName();
                    if (HTTP.CONN_CLOSE.equalsIgnoreCase(paramName)) {
                        return false;  // Response header explicitly says close
                    }
                    if (HTTP.CONN_KEEP_ALIVE.equalsIgnoreCase(paramName)) {
                        return true;   // Response header explicitly says keep-alive
                    }
                }
            }
        }

        return !HttpClientParams.isStaleConnectionCheckEnabled(context);
    }

    protected boolean canResponseHaveBody(final HttpRequest request, final HttpResponse response) {
        if (request != null && "HEAD".equalsIgnoreCase(request.getRequestLine().getMethod())) {
            return false;
        }
        final int status = response.getStatusLine().getStatusCode();
        return status >= HttpStatus.SC_OK
                && status != HttpStatus.SC_NO_CONTENT
                && status != HttpStatus.SC_NOT_MODIFIED
                && status != HttpStatus.SC_RESET_CONTENT;
    }
}

下面是DefaultConnectionReuseStrategy的核心逻辑步骤：

  1. 检查请求头中的Connection字段： 如果请求头中包含Connection: close，则连接不能重用。如果包含Connection: keep-alive，则连接可以重用。

  2. 检查响应头中的Transfer-Encoding字段： 如果响应头中包含Transfer-Encoding: chunked，则连接可以重用（表示使用了分块传输编码，可以确定消息体的完整性）。否则，如果请求使用了Expect: 100-continue，并且消息体长度未知，则连接不能重用。

  3. 检查响应头中的Content-Length字段： 如果响应头中包含Content-Length字段，则连接可以重用（表示消息体长度已知）。如果既没有Transfer-Encoding也没有Content-Length，并且响应可以包含消息体，则连接不能重用。

  4. 检查响应头中的Connection字段： 再次检查响应头中是否包含Connection: close或Connection: keep-alive。

  5. 检查是否启用了过期连接检查： 如果没有明确的指示，则根据HttpClientParams.isStaleConnectionCheckEnabled(context)的返回值决定是否重用连接。如果启用了过期连接检查，则不重用，否则重用。 注意，HttpClient 4.x 默认开启isStaleConnectionCheckEnabled，而HttpClient 5.x 默认关闭该选项。

五、自定义ConnectionReuseStrategy

在某些情况下，默认的ConnectionReuseStrategy可能无法满足需求。例如，可能需要根据自定义的业务逻辑来判断连接是否可以重用。这时，可以实现自定义的ConnectionReuseStrategy。

以下是一个自定义ConnectionReuseStrategy的示例：

import org.apache.http.ConnectionReuseStrategy;
import org.apache.http.HttpResponse;
import org.apache.http.protocol.HttpContext;

public class MyConnectionReuseStrategy implements ConnectionReuseStrategy {

    @Override
    public boolean keepAlive(HttpResponse response, HttpContext context) {
        // 自定义逻辑：例如，只有状态码为200的响应才重用连接
        if (response.getStatusLine().getStatusCode() == 200) {
            return true;
        } else {
            return false;
        }
    }
}

要使用自定义的ConnectionReuseStrategy，需要在HttpClientBuilder中进行设置：

import org.apache.http.impl.client.CloseableHttpClient;
import org.apache.http.impl.client.HttpClientBuilder;

CloseableHttpClient httpClient = HttpClientBuilder.create()
        .setConnectionReuseStrategy(new MyConnectionReuseStrategy())
        .build();

六、代码示例与最佳实践

以下是一个使用HttpClient发送请求并处理长连接的完整示例：

import org.apache.http.HttpEntity;
import org.apache.http.client.methods.CloseableHttpResponse;
import org.apache.http.client.methods.HttpGet;
import org.apache.http.impl.client.CloseableHttpClient;
import org.apache.http.impl.client.HttpClients;
import org.apache.http.util.EntityUtils;

import java.io.IOException;

public class HttpClientExample {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        CloseableHttpClient httpClient = HttpClients.createDefault(); // 使用默认的连接管理器和配置
        try {
            HttpGet httpGet = new HttpGet("http://www.example.com");

            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                try (CloseableHttpResponse response = httpClient.execute(httpGet)) {
                    System.out.println("Response Code: " + response.getStatusLine().getStatusCode());
                    HttpEntity entity = response.getEntity();
                    if (entity != null) {
                        String content = EntityUtils.toString(entity);
                        System.out.println("Content: " + content.substring(0, Math.min(content.length(), 100)) + "..."); // 打印部分内容
                    }
                    // 确保完全消费响应内容，否则可能导致连接无法重用
                    EntityUtils.consume(entity); // 强制消费所有内容
                } catch (IOException e) {
                    System.err.println("请求发生异常: " + e.getMessage());
                }
            }
        } finally {
            httpClient.close(); // 关闭HttpClient，释放资源
        }
    }
}

最佳实践：

  1. 使用连接池： 始终使用连接池来管理HttpClient的连接。HttpClientBuilder默认使用PoolingHttpClientConnectionManager，可以有效地管理连接。

  2. 设置合理的连接池参数： 根据应用的需求，设置合适的连接池大小、连接超时时间等参数。

  3. 确保完全消费响应内容： 在处理响应后，必须确保完全消费响应内容，可以使用EntityUtils.consume(entity)来强制消费所有内容。

  4. 处理IOException： 在发送请求和处理响应时，要捕获IOException，并进行适当的处理。如果发生IOException，应该关闭连接，防止连接泄漏。

  5. 使用try-with-resources语句： 为了确保资源能够被正确释放，应该使用try-with-resources语句来管理CloseableHttpClient和CloseableHttpResponse。

  6. 监控连接池状态： 定期监控连接池的状态，例如连接池大小、可用连接数、已用连接数等，以便及时发现和解决问题。

  7. 设置Keep-Alive： 显式设置 Connection: Keep-Alive 请求头，尽管通常默认行为是保持连接。 这可以确保请求明确告知服务器客户端希望保持连接。

  8. 服务器端配置： 确认服务器端也配置了适当的 Keep-Alive 超时设置。 服务器可能比客户端更快地关闭连接，因此同步两端的配置至关重要。

  9. Stale Connection Check: 考虑启用 Stale Connection Check，尤其是在长时间运行的应用中。 虽然这会增加一些开销，但它有助于防止客户端尝试使用服务器已关闭的连接。 HttpClient 4.x 默认开启，HttpClient 5.x默认关闭。

七、HttpClient5中ConnectionKeepAliveStrategy

HttpClient 5 中， ConnectionReuseStrategy 被更名为 ConnectionKeepAliveStrategy， 但其作用基本相同，都是用来判断连接是否可以被复用。主要区别在于接口和实现类的名称以及一些内部细节。

以下是一个HttpClient 5 中的使用示例：

import org.apache.hc.client5.http.classic.methods.HttpGet;
import org.apache.hc.client5.http.impl.classic.CloseableHttpClient;
import org.apache.hc.client5.http.impl.classic.HttpClients;
import org.apache.hc.core5.http.ClassicHttpResponse;
import org.apache.hc.core5.http.HttpEntity;
import org.apache.hc.core5.http.io.entity.EntityUtils;
import org.apache.hc.core5.util.Timeout;

import java.io.IOException;

public class HttpClient5Example {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        CloseableHttpClient httpClient = HttpClients.createDefault();
        try {
            HttpGet httpGet = new HttpGet("http://www.example.com");

            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                try (ClassicHttpResponse response = httpClient.execute(httpGet)) {
                    System.out.println("Response Code: " + response.getCode());
                    HttpEntity entity = response.getEntity();
                    if (entity != null) {
                        String content = EntityUtils.toString(entity);
                        System.out.println("Content: " + content.substring(0, Math.min(content.length(), 100)) + "...");
                    }
                    EntityUtils.consume(entity);
                } catch (IOException e) {
                    System.err.println("请求发生异常: " + e.getMessage());
                }
            }
        } finally {
            httpClient.close();
        }
    }
}

HttpClient 5 默认使用 DefaultConnectionKeepAliveStrategy。 也可以自定义 ConnectionKeepAliveStrategy，并通过 HttpClientBuilder 进行设置。

八、表格：HttpClient 4.x 和 HttpClient 5.x 的 ConnectionReuseStrategy 相关类比

特性 HttpClient 4.x HttpClient 5.x
接口/类名 ConnectionReuseStrategy ConnectionKeepAliveStrategy
默认实现 DefaultConnectionReuseStrategy DefaultConnectionKeepAliveStrategy
主要方法 keepAlive() getKeepAliveDuration()
过期连接检查默认值 默认开启 默认关闭
作用 判断连接是否可以被重用 判断连接是否可以被重用，并获取保持时间

九、总结

理解HttpClient长连接的原理以及可能失效的原因，并合理使用ConnectionReuseStrategy（或HttpClient 5 中的ConnectionKeepAliveStrategy）是构建高性能网络应用的关键。通过自定义策略，开发者可以更好地控制连接的重用行为，优化应用的性能。 记住，正确消费响应内容、处理异常以及合理配置连接池参数都是保证长连接有效性的重要因素。

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