HttpClient作为Java程序员最常用的Http工具,其对Http连接的管理能简化开发,并且提升连接重用效率;在正常情况下,HttpClient能帮助我们高效管理连接,但在一些并发高,报文体较大的情况下,如果再遇到网络波动,如何保证连接被高效利用,有哪些优化空间。
北京时间X月X日,浏览器信息流服务监控出现异常,主要表现在以下三个方面:
2. 从PAAS平台Hystrix熔断管理界面中可以进一步确认问题机器的所有Http接口调用均出现了熔断:
3. 日志中心有大量从Http连接池获取连接的异常:
org.apache.http.impl.execchain.RequestAbortedException: Request aborted。
综合以上三个现象,大概可以推测出问题机器的TCP连接管理出了问题,可能是虚拟机问题,也可能是物理机问题;与运维与系统侧沟通后,发现虚拟机与物理机均无明显异常,第一时间联系运维重启了问题机器,线上问题得到解决。
2.1 临时解决方案
几天以后,线上部分其他机器也陆续出现了上述现象,此时基本可以确认是服务本身有问题;既然问题与TCP连接相关,于是联系运维在问题机器上建立了一个作业查看TCP连接的状态分布:
netstat -ant|awk '/^tcp/ {++S[$NF]} END {for(a in S) print (a,S[a])}'
结果如下:
如上图,问题机器的CLOSE_WAIT状态的连接数已经接近200左右(该服务Http连接池最大连接数设置的250),那问题直接原因基本可以确认是CLOSE_WAIT状态的连接过多导致的;本着第一时间先解决线上问题的原则,先把连接池调整到500,然后让运维重启了机器,线上问题暂时得到解决。
2.2 原因分析
调整连接池大小只是暂时解决了线上问题,但是具体原因还不确定,按照以往经验,出现连接无法正常释放基本都是开发者使用不当,在使用完成后没有及时关闭连接;但很快这个想法就被否定了,原因显而易见:当前的服务已经在线上运行了一周左右,中间没有经历过发版,以浏览器的业务量,如果是连接使用完没有及时关。
闭,250的连接数连一分钟都撑不到就会被打爆。那么问题就只能是一些异常场景导致的连接没有释放;于是,重点排查了下近期上线的业务接口,尤其是那种数据包体较大,响应时间较长的接口,最终把目标锁定在了某个详情页优化接口上;先查看处于CLOSE_WAIT状态的IP与端口连接对,确认对方服务器IP地址。
netstat-tulnap|grep CLOSE_WAIT
经过与合作方确认,目标IP均来自该合作方,与我们的推测是相符的。
2.3 TCP抓包
在定位问题的同时,也让运维同事帮忙抓取了TCP的数据包,结果表明确实是客户端(浏览器服务端)没返回ACK结束握手,导致挥手失败,客户端处于了CLOSE_WAIT状态,数据包的大小也与怀疑的问题接口相符。
为了方便大家理解,我从网上找了一张图,大家可以作为参考:
CLOSE_WAIT是一种被动关闭状态,如果是SERVER主动断开的连接,那么就会在CLIENT出现CLOSE_WAIT的状态,反之同理;
通常情况下,如果客户端在一次http请求完成后没有及时关闭流(tcp中的流套接字),那么超时后服务端就会主动发送关闭连接的FIN,客户端没有主动关闭,所以就停留在了CLOSE_WAIT状态,如果是这种情况,很快连接池中的连接就会被耗尽。
所以,我们今天遇到的情况(处于CLOSE_WAIT状态的连接数每天都在缓慢增长),更像是某一种异常场景导致的连接没有关闭。
2.4 独立连接池
为了不影响其他业务场景,防止出现系统性风险,我们先把问题接口连接池进行了独立管理。
2.5 深入分析
带着2.3的疑问我们仔细查看一下业务调用代码:
try {
httpResponse = HttpsClientUtil.getHttpClient().execute(request);
HttpEntity httpEntity = httpResponse.getEntity();
is = httpEntity.getContent();
}catch (Exception e){
log.error("");
}finally {
IOUtils.closeQuietly(is);
IOUtils.closeQuietly(httpResponse);
}
这段代码存在一个明显的问题:既关闭了数据传输流( IOUtils.closeQuietly(is)),也关闭了整个连接(IOUtils.closeQuietly(httpResponse)),这样我们就没办法进行连接的复用了;但是却更让人疑惑了:既然每次都手动关闭了连接,为什么还会有大量CLOSE_WAIT状态的连接存在呢?
如果问题不在业务调用代码上,那么只能是这个业务接口具有的某种特殊性导致了问题的发生;通过抓包分析发现该接口有一个明显特征:接口返回报文较大,平均在500KB左右。那么问题就极有可能是报文过大导致了某种异常,造成了连接不能被复用也不能被释放。
2.6 源码分析
开始分析之前,我们需要了解一个基础知识:Http的长连接和短连接。所谓长连接就是建立起连接之后,可以复用连接多次进行数据传输;而短连接则是每次都需要重新建立连接再进行数据传输。
而通过对接口的抓包我们发现,响应头里有Connection:keep-live字样,那我们就可以重点从HttpClient对长连接的管理入手来进行代码分析。
2.6.1 连接池初始化
初始化方法:
进入PoolingHttpClientConnectionManager这个类,有一个重载构造方法里包含连接存活时间参数:
顺着继续向下查看:
manager的构造方法到此结束,我们不难发现validityDeadline会被赋值给expiry变量,那我们接下来就要看下HttpClient是在哪里使用expiry这个参数的;
通常情况下,实例对象被构建出来的时候会初始化一些策略参数,此时我们需要查看构建HttpClient实例的方法来寻找答案:
此方法包含一系列的初始化操作,包括构建连接池,给连接池设置最大连接数,指定重用策略和长连接策略等,这里我们还注意到,HttpClient创建了一个异步线程,去监听清理空闲连接。
当然,前提是你打开了自动清理空闲连接的配置,默认是关闭的。
接着我们就看到了HttpClient关闭空闲连接的具体实现,里面有我们想要看到的内容:
此时,我们可以得出第一个结论:可以在初始化连接池的时候,通过实现带参的PoolingHttpClientConnectionManager构造方法,修改validityDeadline的值,从而影响HttpClient对长连接的管理策略。
2.6.2 执行方法入口
先找到执行入口方法:
org.apache.http.impl.execchain.MainClientExec.execute,看到了keepalive相关代码实现:
我们来看下默认的策略:
由于中间的调用逻辑比较简单,就不在这里一一把调用的链路贴出来了,这边直接给结论:HttpClient对没有指定连接有效时间的长连接,有效期设置为永久(Long.MAX_VALUE)。
综合以上分析,我们可以得出最终结论:
HttpClient通过控制newExpiry和validityDeadline来实现对长连接的有效期的管理,而且对没有指定连接有效时间的长连接,有效期设置为永久。
至此我们可以大胆给出一个猜测:长连接的有效期是永久,而因为某种异常导致长连接没有被及时关闭,而永久存活了下来,不能被复用也不能被释放。(只是根据现象的猜测,虽然最后被证实并不完全正确,但确实提高了我们解决问题的效率)。
基于此,我们也可以通过改变这两个参数来实现对长连接的管理:
这样简单修改上线后,处于close_wait状态的连接数没有再持续增长,这个线上问题也算是得到了彻底的解决。
但此时相信大家也都存在一个疑问:作为被广泛使用的开源框架,HttpClient难道对长连接的管理这么粗糙吗?一个简单的异常调用就能导致整个调度机制彻底崩溃,而且不会自行恢复;
于是带着疑问,再一次详细查看了HttpClient的源码。
3.1 前言
开始分析之前,先简单介绍下几个核心类:
3.2 两个连接
最大连接数(maxTotal)
最大单路由连接数(maxPerRoute)
最大连接数,顾名思义,就是连接池允许创建的最大连接数量;
最大单路由连接数可以理解为同一个域名允许的最大连接数,且所有maxPerRoute的总和不能超过maxTotal。
以浏览器为例,浏览器对接了头条和一点,为了做到业务隔离,不相互影响,可以把maxTotal设置成500,而defaultMaxPerRoute设置成400,主要是因为头条的业务接口量远大于一点,defaultMaxPerRoute需要满足调用量较大的一方。
3.3 三个超时
【connectionRequestTimout】:指从连接池获取连接的超时时间;
【connetionTimeout】:指客户端和服务器建立连接的超时时间,超时后会报
ConnectionTimeOutException异常;
【socketTimeout】:指客户端和服务器建立连接后,数据传输过程中数据包之间间隔的最大时间,超出后会抛出SocketTimeOutException。
一定要注意:这里的超时不是数据传输完成,而只是接收到两个数据包的间隔时间,这也是很多线上诡异问题发生的根本原因。
3.4 四个容器
【free】:空闲连接的容器,连接还没有建立,理论上freeSize=maxTotal -leasedSize
- availableSize(其实HttpClient中并没有该容器,只是为了描述方便,特意引入的一个容器)。
【leased】:租赁连接的容器,连接创建后,会从free容器转移到leased容器;也可以直接从available容器租赁连接,租赁成功后连接被放在leased容器中,此种场景主要是连接的复用,也是连接池的一个很重要的能力。
【pending】:等待连接的容器,其实该容器只是在等待连接释放的时候用作阻塞线程,下文也不会再提到,感兴趣的可以参考具体实现代码,其与connectionRequestTimout相关。
【available】:可复用连接的容器,通常直接从leased容器转移过来,长连接的情况下完成通信后,会把连接放到available列表,一些对连接的管理和释放通常都是围绕该容器进行的。
注:由于存在maxTotal和maxPerRoute两个连接数限制,下文在提到这四种容器时,如果没有带前缀,都代表是总连接数,如果是r.xxxx则代表是路由连接里的某个容器大小。
maxTotal的组成
3.5 连接的产生与管理
3.6 连接的释放
整个过程分析完,了解了httpclient如何管理连接,再回头来看我们遇到的那个问题就比较清晰了:
正常情况下,虽然建立了长连接,但是我们会在finally代码块里去手动关闭,此场景其实是触发了“连接的释放”中的步骤2,连接直接被关闭;所以正常情况下是没有问题的,长连接其实并没有发挥真正的作用;
那问题自然就只能出现在一些异常场景,导致了长连接没有被及时关闭,结合最初的分析,是服务端主动断开了连接,那大概率出现在一些超时导致连接断开的异常场景,我们再回到
org.apache.http.impl.execchain.MainClientExec这个类,发现这样几行代码:
connHolder.releaseConnection()对应“连接的释放”中提到的步骤1,此时连接只是被放入了available容器,并且有效期是永久;
return new HttpResponseProxy(response, null)返回的ConnectionHolder是null,结合IOUtils.closeQuietly(httpResponse)的具体实现,连接并没有及时关闭,而是永久的放在了available容器里,并且状态为CLOSE_WAIT,无法被复用;
根据 “连接的产生与管理”的步骤3的描述,在free容器为空的时候httpclient是能够主动释放available里的连接的,即使连接永久的放在了available容器里,理论上也不会造成连接永远无法释放;
然而再结合“连接的产生与管理”的步骤4,当free容器为空了以后,从连接池获取连接时需要等待available容器里的连接被释放掉,整个过程是单线程的,效率极低,势必会造成拥堵,最终导致大量等待获取连接超时报错,这也与我们线上看到的场景相吻合。
PoolingHttpClientConnectionManager(60, TimeUnit.SECONDS)构造函数,尤其是调用量较大的情况,防止发生不可预知的问题; 4. 可以通过设置evictIdleConnections(5, TimeUnit.SECONDS)定时清理空闲连接,尤其是http接口响应时间短,并发量大的情况下,及时清理空闲连接,避免从连接池获取连接的时候发现连接过期再去关闭连接,能在一定程度上提高接口性能。
HttpClient作为当前使用最广泛的基于Java语言的Http调用框架,在笔者看来其存在两点明显不足:
END
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