面试官：大量 TIME_WAIT 状态 TCP 连接，对业务有什么影响？怎么处理？

程序员的成长之路

互联网/程序员/技术/资料共享 

来自：http://ningg.top/computer-basic-theory-tcp-time-wait/

1. 问题描述：什么现象？什么影响？
2. 问题分析
3. 解决方案
4. 底层原理

1.问题描述

• 一部分 TIME_WAIT 连接被回收，但新的 TIME_WAIT 连接产生；
• 一些极端情况下，会出现大量的 TIME_WAIT 连接。

上述大量的 TIME_WAIT 状态 TCP 连接，有什么业务上的影响吗？

• 每一个 time_wait 状态，都会占用一个「本地端口」，上限为 65535(16 bit，2 Byte)；
• 当大量的连接处于 time_wait 时，新建立 TCP 连接会出错，address already in use : connect 异常

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

TCP 本地端口数量，上限为 65535（6.5w），这是因为 TCP 头部使用 16 bit，存储「端口号」，因此约束上限为 65535。另外，TCP 系列面试题和答案全部整理好了，微信搜索Java技术栈，在后台发送：面试，可以在线阅读。

2.问题分析

• 大量的短连接存在
• 特别是 HTTP 请求中，如果 connection 头部取值被设置为 close 时，基本都由「服务端」发起主动关闭连接
• 而，TCP 四次挥手关闭连接机制中，为了保证 ACK 重发和丢弃延迟数据，设置 time_wait 为 2 倍的 MSL（报文最大存活时间）

• TCP 连接中，主动关闭连接的一方出现的状态；（收到 FIN 命令，进入 TIME_WAIT 状态，并返回 ACK 命令）
• 保持 2 个 MSL 时间，即，4 分钟；（MSL 为 2 分钟）

3.解决办法

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

https://www.cnblogs.com/yjf512/p/5327886.html

• TCP 连接中，「主动发起关闭连接」的一端，会进入 time_wait 状态
• time_wait 状态，默认会持续 2 MSL（报文的最大生存时间），一般是 2x2 mins
• time_wait 状态下，TCP 连接占用的端口，无法被再次使用
• TCP 端口数量，上限是 6.5w（65535，16 bit）
• 大量 time_wait 状态存在，会导致新建 TCP 连接会出错，address already in use : connect 异常

• 服务器端，一般设置：不允许「主动关闭连接」
• 但 HTTP 请求中，http 头部 connection 参数，可能设置为 close，则，服务端处理完请求会主动关闭 TCP 连接
• 现在浏览器中， HTTP 请求 connection 参数，一般都设置为 keep-alive
• Nginx 反向代理场景中，可能出现大量短链接，服务器端，可能存在

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

4.附录

1. TCP 连接状态的查询
2. MSL 时间
3. TCP 三次握手和四次握手
   
   

附录 A：查询 TCP 连接状态

// Mac 下，查询 TCP 连接状态
$ netstat -nat |grep TIME_WAIT

// Mac 下，查询 TCP 连接状态，其中 -E 表示 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：各种连接的数量
`$ netstat -n | awk '/^tcp/ {++S[$NF]} END {for(a in S) print a, S[a]}'
`ESTABLISHED 1154
`TIME_WAIT 1645

附录 B：MSL 时间

1. 任何报文在网络上存在的最长时间，超过这个时间报文将被丢弃。（IP 报文）
2. TCP报文 （segment）是ip数据报（datagram）的数据部分。

RFC 793中规定MSL为2分钟，实际应用中常用的是30秒，1分钟和2分钟等。

1. 当TCP的一端发起主动关闭（收到 FIN 请求），在发出最后一个ACK 响应后，即第3次握 手完成后，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时间，等待2MSL时间主要目的是怕最后一个 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，主动关闭端接到重发的FIN包后，可以再发一个ACK应答包。
3. 在 TIME_WAIT 状态时，两端的端口不能使用，要等到2MSL时间结束，才可继续使用。（IP 层）
4. 当连接处于2MSL等待阶段时，任何迟到的报文段都将被丢弃。

附录 C：TCP 三次握手和四次握手

• TCP的三次握手与四次挥手（详解+动图）

1. 三次握手，建立连接过程
2. 四次挥手，释放连接过程

• RE：time_wait 是「主动关闭 TCP 连接」一方的状态，可能是「客服端」的，也可能是「服务器端」的
• 一般情况下，都是「客户端」所处的状态；「服务器端」一般设置「不主动关闭连接」

• 正常情况下，都是「客户端」发起的断开连接
• 「服务器」一般设置为「不主动关闭连接」，服务器通常执行「被动关闭」
• 但 HTTP 请求中，http 头部 connection 参数，可能设置为 close，则，服务端处理完请求会主动关闭 TCP 连接

https://elf8848.iteye.com/blog/1739571

• 答案是是的。在HTTP1.1协议中，有个 Connection 头，Connection有两个值，close和keep-alive，这个头就相当于客户端告诉服务端，服务端你执行完成请求之后，是关闭连接还是保持连接，保持连接就意味着在保持连接期间，只能由客户端主动断开连接。还有一个keep-alive的头，设置的值就代表了服务端保持连接保持多久。
• HTTP默认的Connection值为close，那么就意味着关闭请求的一方几乎都会是由服务端这边发起的。那么这个服务端产生TIME_WAIT过多的情况就很正常了。
• 虽然HTTP默认Connection值为close，但是，现在的浏览器发送请求的时候一般都会设置Connection为keep-alive了。所以，也有人说，现在没有必要通过调整参数来使TIME_WAIT降低了。

• 可靠的实现 TCP 全双工连接的终止：四次挥手关闭 TCP 连接过程中，最后的 ACK 是由「主动关闭连接」的一端发出的，如果这个 ACK 丢失，则，对方会重发 FIN 请求，因此，在「主动关闭连接」的一段，需要维护一个 time_wait 状态，处理对方重发的 FIN 请求；
• 处理延迟到达的报文：由于路由器可能抖动，TCP 报文会延迟到达，为了避免「延迟到达的 TCP 报文」被误认为是「新 TCP 连接」的数据，则，需要在允许新创建 TCP 连接之前，保持一个不可用的状态，等待所有延迟报文的消失，一般设置为 2 倍的 MSL（报文的最大生存时间），解决「延迟达到的 TCP 报文」问题；

推荐阅读：

浙大读博八年现靠送外卖赚钱，本人：进组以来博士无一人按时毕业

为什么数据库连接很消耗资源？

内容包含Java基础、JavaWeb、MySQL性能优化、JVM、锁、百万并发、消息队列、高性能缓存、反射、Spring全家桶原理、微服务、Zookeeper......等技术栈！

⬇戳阅读原文领取！                                  朕已阅