HttpClient连接池的一些思考

2019 年 10 月 8 日
筆記

前言

使用apache的httpclient进行http的交互处理已经很长时间了，而httpclient实例则使用了http连接池，想必大家也没有关心过连接池的管理。事实上，通过分析httpclient源码，发现它很优雅地隐藏了所有的连接池管理细节，开发者完全不用花太多时间去思考连接池的问题。

Apache官网例子

CloseableHttpClient httpclient = HttpClients.createDefault();  HttpGet httpget = new HttpGet("http://localhost/");  CloseableHttpResponse response = httpclient.execute(httpget);  try {      HttpEntity entity = response.getEntity();      if (entity != null) {          long len = entity.getContentLength();          if (len != -1 && len < 2048) {              System.out.println(EntityUtils.toString(entity));          } else {              // Stream content out          }      }  } finally {      response.close();  }

HttpClient及其连接池配置

整个线程池中最大连接数 MAX_CONNECTION_TOTAL = 800
路由到某台主机最大并发数，是MAX_CONNECTION_TOTAL（整个线程池中最大连接数）的一个细分 ROUTE_MAX_COUNT = 500
重试次数，防止失败情况 RETRY_COUNT = 3
客户端和服务器建立连接的超时时间 CONNECTION_TIME_OUT = 5000
客户端从服务器读取数据的超时时间 READ_TIME_OUT = 7000
从连接池中获取连接的超时时间 CONNECTION_REQUEST_TIME_OUT = 5000
连接空闲超时，清楚闲置的连接 CONNECTION_IDLE_TIME_OUT = 5000
连接保持存活时间 DEFAULT_KEEP_ALIVE_TIME_MILLIS = 20 * 1000

MaxtTotal和DefaultMaxPerRoute的区别

MaxtTotal是整个池子的大小；
DefaultMaxPerRoute是根据连接到的主机对MaxTotal的一个细分；

比如：MaxtTotal=400，DefaultMaxPerRoute=200，而我只连接到http://hjzgg.com时，到这个主机的并发最多只有200；而不是400；而我连接到http://qyxjj.com 和 http://httls.com时，到每个主机的并发最多只有200；即加起来是400（但不能超过400）。所以起作用的设置是DefaultMaxPerRoute。

HttpClient连接池模型

HttpClient从连接池中获取连接分析

org.apache.http.pool.AbstractConnPool

private E getPoolEntryBlocking(          final T route, final Object state,          final long timeout, final TimeUnit tunit,          final PoolEntryFuture<E> future)              throws IOException, InterruptedException, TimeoutException {          Date deadline = null;      if (timeout > 0) {          deadline = new Date              (System.currentTimeMillis() + tunit.toMillis(timeout));      }          this.lock.lock();      try {          final RouteSpecificPool<T, C, E> pool = getPool(route);//这是每一个路由细分出来的连接池          E entry = null;          while (entry == null) {              Asserts.check(!this.isShutDown, "Connection pool shut down");              //从池子中获取一个可用连接并返回              for (;;) {                  entry = pool.getFree(state);                  if (entry == null) {                      break;                  }                  if (entry.isExpired(System.currentTimeMillis())) {                      entry.close();                  } else if (this.validateAfterInactivity > 0) {                      if (entry.getUpdated() + this.validateAfterInactivity <= System.currentTimeMillis()) {                          if (!validate(entry)) {                              entry.close();                          }                      }                  }                  if (entry.isClosed()) {                      this.available.remove(entry);                      pool.free(entry, false);                  } else {                      break;                  }              }              if (entry != null) {                  this.available.remove(entry);                  this.leased.add(entry);                  onReuse(entry);                  return entry;              }                //创建新的连接              // New connection is needed              final int maxPerRoute = getMax(route);//获取当前路由最大并发数              // Shrink the pool prior to allocating a new connection              final int excess = Math.max(0, pool.getAllocatedCount() + 1 - maxPerRoute);              if (excess > 0) {//如果当前路由对应的连接池的连接超过最大路由并发数，获取到最后使用的一次连接，释放掉                  for (int i = 0; i < excess; i++) {                      final E lastUsed = pool.getLastUsed();                      if (lastUsed == null) {                          break;                      }                      lastUsed.close();                      this.available.remove(lastUsed);                      pool.remove(lastUsed);                  }              }                //尝试创建新的连接               if (pool.getAllocatedCount() < maxPerRoute) {//当前路由对应的连接池可用空闲连接数+当前路由对应的连接池已用连接数 < 当前路由对应的连接池最大并发数                  final int totalUsed = this.leased.size();                  final int freeCapacity = Math.max(this.maxTotal - totalUsed, 0);                  if (freeCapacity > 0) {                      final int totalAvailable = this.available.size();                      if (totalAvailable > freeCapacity - 1) {//线程池中可用空闲连接数 > (线程池中最大连接数 - 线程池中已用连接数 - 1)                          if (!this.available.isEmpty()) {                              final E lastUsed = this.available.removeLast();                              lastUsed.close();                              final RouteSpecificPool<T, C, E> otherpool = getPool(lastUsed.getRoute());                              otherpool.remove(lastUsed);                          }                      }                      final C conn = this.connFactory.create(route);                      entry = pool.add(conn);                      this.leased.add(entry);                      return entry;                  }              }                  boolean success = false;              try {                  pool.queue(future);                  this.pending.add(future);                  success = future.await(deadline);              } finally {                  // In case of 'success', we were woken up by the                  // connection pool and should now have a connection                  // waiting for us, or else we're shutting down.                  // Just continue in the loop, both cases are checked.                  pool.unqueue(future);                  this.pending.remove(future);              }              // check for spurious wakeup vs. timeout              if (!success && (deadline != null) &&                  (deadline.getTime() <= System.currentTimeMillis())) {                  break;              }          }          throw new TimeoutException("Timeout waiting for connection");      } finally {          this.lock.unlock();      }  }

连接重用和保持策略

http的长连接复用，其判定规则主要分两类。
1. http协议支持+请求/响应header指定
2. 一次交互处理的完整性(响应内容消费干净)
对于前者, httpclient引入了ConnectionReuseStrategy来处理, 默认的采用如下的约定：

HTTP/1.0通过在Header中添加Connection:Keep-Alive来表示支持长连接。
HTTP/1.1默认支持长连接, 除非在Header中显式指定Connection:Close, 才被视为短连接模式。

HttpClientBuilder创建MainClientExec

ConnectionReuseStrategy（连接重用策略）

org.apache.http.impl.client.DefaultClientConnectionReuseStrategy

MainClientExec处理连接

处理完请求后，获取到response，通过ConnectionReuseStrategy判断连接是否可重用，如果是通过ConnectionKeepAliveStrategy获取到连接最长有效时间，并设置连接可重用标记。

连接重用判断逻辑

request首部中包含Connection:Close，不复用
response中Content-Length长度设置不正确，不复用
response首部包含Connection:Close，不复用
reponse首部包含Connection:Keep-Alive，复用
都没命中的情况下，如果HTTP版本高于1.0则复用

更多参考：https://www.cnblogs.com/mumuxinfei/p/9121829.html

连接释放原理分析

HttpClientBuilder会构建一个InternalHttpClient实例，也是CloseableHttpClient实例。InternalHttpClient的doExecute方法来完成一次request的执行。

会继续调用MainClientExec的execute方法，通过连接池管理者获取连接（HttpClientConnection）。

构建ConnectionHolder类型对象，传递连接池管理者对象和当前连接对象。

请求执行完返回HttpResponse类型对象，然后包装成HttpResponseProxy对象（是CloseableHttpResponse实例）返回。

CloseableHttpClient类其中一个execute方法如下，finally方法中会调用HttpResponseProxy对象的close方法释放连接。

最终调用ConnectionHolder的releaseConnection方法释放连接。

CloseableHttpClient类另一个execute方法如下，返回一个HttpResponseProxy对象（是CloseableHttpResponse实例）。

这种情况下调用者获取了HttpResponseProxy对象，可以直接拿到HttpEntity对象。大家关心的就是操作完HttpEntity对象，使用完InputStream到底需不需要手动关闭流呢？

其实调用者不需要手动关闭流，因为HttpResponseProxy构造方法里有增强HttpEntity的处理方法，如下。

调用者最终拿到的HttpEntity对象是ResponseEntityProxy实例。

ResponseEntityProxy重写了获取InputStream的方法，返回的是EofSensorInputStream类型的InputStream对象。

EofSensorInputStream对象每次读取都会调用checkEOF方法，判断是否已经读取完毕。

checkEOF方法会调用ResponseEntityProxy（实现了EofSensorWatcher接口）对象的eofDetected方法。

EofSensorWatcher#eofDetected方法中会释放连接并关闭流。

综上，通过CloseableHttpClient实例处理请求，无需调用者手动释放连接。

HttpClient在Spring中应用

创建ClientHttpRequestFactory

@Bean  public ClientHttpRequestFactory clientHttpRequestFactory()          throws KeyStoreException, NoSuchAlgorithmException, KeyManagementException {      HttpClientBuilder httpClientBuilder = HttpClientBuilder.create();      SSLContext sslContext = new SSLContextBuilder().loadTrustMaterial(null, (arg0, arg1) -> true).build();        httpClientBuilder.setSSLContext(sslContext)              .setMaxConnTotal(MAX_CONNECTION_TOTAL)              .setMaxConnPerRoute(ROUTE_MAX_COUNT)              .evictIdleConnections(CONNECTION_IDLE_TIME_OUT, TimeUnit.MILLISECONDS);        httpClientBuilder.setRetryHandler(new DefaultHttpRequestRetryHandler(RETRY_COUNT, true));      httpClientBuilder.setKeepAliveStrategy(new DefaultConnectionKeepAliveStrategy());      CloseableHttpClient client = httpClientBuilder.build();        HttpComponentsClientHttpRequestFactory clientHttpRequestFactory = new HttpComponentsClientHttpRequestFactory(client);      clientHttpRequestFactory.setConnectTimeout(CONNECTION_TIME_OUT);      clientHttpRequestFactory.setReadTimeout(READ_TIME_OUT);      clientHttpRequestFactory.setConnectionRequestTimeout(CONNECTION_REQUEST_TIME_OUT);      clientHttpRequestFactory.setBufferRequestBody(false);      return clientHttpRequestFactory;  }

创建RestTemplate

@Bean  public RestTemplate restTemplate()  {     RestTemplate restTemplate = new RestTemplate(clientHttpRequestFactory());          restTemplate.setErrorHandler(new DefaultResponseErrorHandler());          // 修改StringHttpMessageConverter内容转换器          restTemplate.getMessageConverters().set(1, new StringHttpMessageConverter(StandardCharsets.UTF_8));          return restTemplate;  }

Spring官网例子

@SpringBootApplication  public class Application {        private static final Logger log = LoggerFactory.getLogger(Application.class);        public static void main(String args[]) {          SpringApplication.run(Application.class);      }        @Bean      public RestTemplate restTemplate(RestTemplateBuilder builder) {          return builder.build();      }        @Bean      public CommandLineRunner run(RestTemplate restTemplate) throws Exception {          return args -> {              Quote quote = restTemplate.getForObject(                      "https://gturnquist-quoters.cfapps.io/api/random", Quote.class);              log.info(quote.toString());          };      }  }

总结

Apache的HttpClient组件可谓良心之作，细细的品味一下源码可以学到很多设计模式和比编码规范。不过在阅读源码之前最好了解一下不同版本的HTTP协议，尤其是HTTP协议的Keep-Alive模式。使用Keep-Alive模式（又称持久连接、连接重用）时，Keep-Alive功能使客户端到服务器端的连接持续有效，当出现对服务器的后继请求时，Keep-Alive功能避免了建立或者重新建立连接。这里推荐一篇参考链接：https://www.jianshu.com/p/49551bda6619。