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問(wèn)題描述

模擬高并發(fā)的場(chǎng)景，會(huì)出現(xiàn)批量的 TIME_WAIT 的 TCP 連接：

短時(shí)間后，所有的 TIME_WAIT 全都消失，被回收，端口包括服務(wù)，均正常。即，在高并發(fā)的場(chǎng)景下，TIME_WAIT 連接存在，屬于正常現(xiàn)象。線上場(chǎng)景中，持續(xù)的高并發(fā)場(chǎng)景：

一部分 TIME_WAIT 連接被回收，但新的 TIME_WAIT 連接產(chǎn)生；
一些極端情況下，會(huì)出現(xiàn)大量的 TIME_WAIT 連接。

Think：上述大量的 TIME_WAIT 狀態(tài) TCP 連接，有什么業(yè)務(wù)上的影響嗎？

Nginx 作為反向代理時(shí)，大量的短鏈接，可能導(dǎo)致 Nginx 上的 TCP 連接處于 time_wait 狀態(tài)：

每一個(gè) time_wait 狀態(tài)，都會(huì)占用一個(gè)「本地端口」，上限為 65535(16 bit，2 Byte)；
當(dāng)大量的連接處于 time_wait 時(shí)，新建立 TCP 連接會(huì)出錯(cuò)，address already in use : connect 異常

統(tǒng)計(jì) TCP 連接的狀態(tài)：

// 統(tǒng)計(jì)：各種連接的數(shù)量 $ netstat -n | awk '/^tcp/ {++S[$NF]} END {for(a in S) print a, S[a]}' ESTABLISHED 1154 TIME_WAIT 1645Tips：TCP 本地端口數(shù)量，上限為 65535（6.5w），這是因?yàn)?TCP 頭部使用 16 bit，存儲(chǔ)「端口號(hào)」，因此約束上限為 65535。

問(wèn)題分析

大量的 TIME_WAIT 狀態(tài) TCP 連接存在，其本質(zhì)原因是什么？

大量的短連接存在
特別是 HTTP 請(qǐng)求中，如果 connection 頭部取值被設(shè)置為 close 時(shí)，基本都由「服務(wù)端」發(fā)起主動(dòng)關(guān)閉連接
而，TCP 四次揮手關(guān)閉連接機(jī)制中，為了保證 ACK 重發(fā)和丟棄延遲數(shù)據(jù)，設(shè)置 time_wait 為 2 倍的 MSL（報(bào)文最大存活時(shí)間）

TIME_WAIT 狀態(tài)：

TCP 連接中，主動(dòng)關(guān)閉連接的一方出現(xiàn)的狀態(tài)；（收到 FIN 命令，進(jìn)入 TIME_WAIT 狀態(tài)，并返回 ACK 命令）
保持 2 個(gè) MSL 時(shí)間，即，4 分鐘；（MSL 為 2 分鐘）

解決辦法

解決上述 time_wait 狀態(tài)大量存在，導(dǎo)致新連接創(chuàng)建失敗的問(wèn)題，一般解決辦法：

客戶(hù)端，HTTP 請(qǐng)求的頭部，connection 設(shè)置為 keep-alive，保持存活一段時(shí)間：現(xiàn)在的瀏覽器，一般都這么進(jìn)行了
服務(wù)器端允許 time_wait 狀態(tài)的 socket 被重用縮減 time_wait 時(shí)間，設(shè)置為 1 MSL（即，2 mins）

結(jié)論：幾個(gè)核心要點(diǎn)

time_wait 狀態(tài)的影響：

TCP 連接中，「主動(dòng)發(fā)起關(guān)閉連接」的一端，會(huì)進(jìn)入 time_wait 狀態(tài)
time_wait 狀態(tài)，默認(rèn)會(huì)持續(xù) 2 MSL（報(bào)文的最大生存時(shí)間），一般是 2x2 mins
time_wait 狀態(tài)下，TCP 連接占用的端口，無(wú)法被再次使用
TCP 端口數(shù)量，上限是 6.5w（65535，16 bit）
大量 time_wait 狀態(tài)存在，會(huì)導(dǎo)致新建 TCP 連接會(huì)出錯(cuò)，address already in use : connect 異常

現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景：

服務(wù)器端，一般設(shè)置：不允許「主動(dòng)關(guān)閉連接」
但 HTTP 請(qǐng)求中，http 頭部 connection 參數(shù)，可能設(shè)置為 close，則，服務(wù)端處理完請(qǐng)求會(huì)主動(dòng)關(guān)閉 TCP 連接
現(xiàn)在瀏覽器中， HTTP 請(qǐng)求 connection 參數(shù)，一般都設(shè)置為 keep-alive
Nginx 反向代理場(chǎng)景中，可能出現(xiàn)大量短鏈接，服務(wù)器端，可能存在

解決辦法：

服務(wù)器端允許 time_wait 狀態(tài)的 socket 被重用
縮減 time_wait 時(shí)間，設(shè)置為 1 MSL（即，2 mins）

附錄

幾個(gè)方面：

TCP 連接狀態(tài)的查詢(xún)
MSL 時(shí)間
TCP 三次握手和四次握手

附錄 A：查詢(xún) TCP 連接狀態(tài)Mac 下，查詢(xún) TCP 連接狀態(tài)的具體命令：

// Mac 下，查詢(xún) TCP 連接狀態(tài)$ netstat -nat |grep TIME_WAIT // Mac 下，查詢(xún) TCP 連接狀態(tài)，其中 -E 表示 grep 或的匹配邏輯$ 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 // 統(tǒng)計(jì)：各種連接的數(shù)量$ netstat -n | awk '/^tcp/ {++S[$NF]} END {for(a in S) print a, S[a]}'ESTABLISHED 1154TIME_WAIT 1645附錄 B：MSL 時(shí)間 MSL，Maximum Segment Lifetime，“報(bào)文最大生存時(shí)間”

任何報(bào)文在網(wǎng)絡(luò)上存在的最長(zhǎng)時(shí)間，超過(guò)這個(gè)時(shí)間報(bào)文將被丟棄。（IP 報(bào)文）
TCP報(bào)文（segment）是ip數(shù)據(jù)報(bào)（datagram）的數(shù)據(jù)部分。

Tips：RFC 793中規(guī)定MSL為2分鐘，實(shí)際應(yīng)用中常用的是30秒，1分鐘和2分鐘等。2MSL，TCP 的 TIME_WAIT 狀態(tài)，也稱(chēng)為2MSL等待狀態(tài)：

當(dāng)TCP的一端發(fā)起主動(dòng)關(guān)閉（收到 FIN 請(qǐng)求），在發(fā)出最后一個(gè)ACK 響應(yīng)后，即第3次握手完成后，發(fā)送了第四次握手的ACK包后，就進(jìn)入了TIME_WAIT狀態(tài)。
必須在此狀態(tài)上停留兩倍的MSL時(shí)間，等待2MSL時(shí)間主要目的是怕最后一個(gè) ACK包對(duì)方?jīng)]收到，那么對(duì)方在超時(shí)后將重發(fā)第三次握手的FIN包，主動(dòng)關(guān)閉端接到重發(fā)的FIN包后，可以再發(fā)一個(gè)ACK應(yīng)答包。
在 TIME_WAIT 狀態(tài)時(shí)，兩端的端口不能使用，要等到2MSL時(shí)間結(jié)束，才可繼續(xù)使用。（IP 層）
當(dāng)連接處于2MSL等待階段時(shí)，任何遲到的報(bào)文段都將被丟棄。不過(guò)在實(shí)際應(yīng)用中，可以通過(guò)設(shè)置「SO_REUSEADDR選項(xiàng)」，達(dá)到不必等待2MSL時(shí)間結(jié)束，即可使用被占用的端口。

附錄 C：TCP 三次握手和四次握手具體示意圖：

三次握手，建立連接過(guò)程
四次揮手，釋放連接過(guò)程

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審核編輯：李倩

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