连接池设置错误导致的问题

1.故障背景

故障表现1


打开页面时,偶现阻塞住,但是刷新后又正常了(第一次进去页面卡住)
查看日志



其实是超时了,超时的日志没打印出堆栈,通过jstack也可以看到代码阻塞在socket0


故障表现2


在上传文件前调用check接口时偶现超时(这个接口很快),一次可能是网络问题,但是经常出现就不一定是网络问题了,这个接口通常就几毫秒就返回了。
总结问题的现象:
1.有时候第一次进应用页面时页面一直在加载中,但是刷新后又没问题,后面再怎么操作都没问题了;
2.过一段时间不操作,重新又进入页面,又会重复上述问题,而且问题出现即为频繁;

总结下整个服务的流程:
1.取数服务抓取需要计算的数据,打包成zip文件
2.取数服务调用计算sass服务的check接口,主要是校验目前计算sass服务的负载是否大,返回true说明负载不大,计算sass可以接受服务;为false则取数服务会重试check,一直到check为true(有个时间限制3小时); ----调用这里超时了
3.调用上传文件接口将数据传输给计算sass服务;

2.原因分析过程

代码问题分析

首先检查是不是自己写的代码的问题,因为httpclient这块做了简单的封装,虽然底层都是基于httpclient,上层是被封装的

private CloseableHttpClient createHttpClient(HttpTemplateConfig httpTemplateConfig) {

        RegistryBuilder<ConnectionSocketFactory> registryBuilder = RegistryBuilder.create();
        Registry<ConnectionSocketFactory> registry = registryBuilder
                .register("http", PlainConnectionSocketFactory.getSocketFactory())
                .register("https", SSLConnectionSocketFactory.getSocketFactory()).build();
        PoolingHttpClientConnectionManager cm = new PoolingHttpClientConnectionManager(registry);
        cm.setMaxTotal(httpTemplateConfig.getMaxTotal());
        cm.setDefaultMaxPerRoute(httpTemplateConfig.getDefaultMaxPerRoute());
        Map<String, RouteConfig> routes = httpTemplateConfig.getRoutes();
        if (routes != null)
            routes.forEach((name, routeConfig) -> {
                HttpRoute route = HttpTemplateUtils.determineRoute(routeConfig.getHostname(), routeConfig.getPort(), routeConfig.getScheme());
                cm.setMaxPerRoute(route, routeConfig.getMaxPerRoute());
            });
        return HttpClients.custom()
                .setConnectionManager(cm)

                .evictIdleConnections(3600, TimeUnit.SECONDS)

                .evictExpiredConnections()

                .setRetryHandler(new DefaultHttpRequestRetryHandler(0, false))
                .build();
    }

.................

通过检查没发现代码中存在的问题,唯一觉得不靠谱的地方就是

最后也是因为这块的原因,刚开始只是怀疑,但是没证据,只能当没问题处理,然后把底层的代码撸了一遍,这块其实和线程池很像,空闲的连接/失效的连接定时任务会定期清理,看了一下底层清理的代码:

遍历所有可用的连接,如果这些连接是不可用的/空闲的就清理,这些代码都是底层代码,如果有问题也轮不到我们发现,所以从代码上分析不出问题了。

2.容器问题分析

因为线上取数服务是K8S部署的,所以怀疑可能是K8S的问题,网上找到一篇文章,没看懂,但是怀疑是不是网络设置这块会有问题,上面的现象也有点类似,也是偶现的

https://blog.csdn.net/Jerry_Pan1990/article/details/103201866

但是逼迫我需要用抓包工具去验证了,为了验证是不是这个原因,通过抓包工具tcpdump来验证问题

3.网络问题分析

先看了nginx日志和业务日志,比较麻烦,这里的过程就省去了

tcpdump可以抓取这个机器上所有入和出的网络包,因为测试环境的来源太多(客户端调用的地方太多了),所以必须加一些条件去监控,如果调用方的ip是:127.0.0.1,接收方的ip为:127.0.0.2,则

进入127.0.0.1服务器,这个服务器是调用方
tcpdump dst host 127.0.0.1

进入127.0.0.2服务器,这个服务器是接受方
tcpdump src host 127.0.0.1 and dst port 443

当页面一直load的情况
127.0.0.1监控结果:


127.0.0.2监控结果:
没有收到信息

在前端刷新后:
127.0.0.1监控结果:


127.0.0.2监控结果:


现象总结:

页面卡住的那次,信息发出去了,但是接收端没收到信息,这个连接会一直等待到超时(5分钟);再刷新一次,发现端口号变了,其实就是新建了一个连接,这个接口没问题,因为我们系统用的是连接池,所以这个连接会一直使用,除非这个连接被使用了,才会新开连接。


这里的P.和FP.,搜索了下FP其实就是销毁这个连接,验证一下连接是否是复用的多请求几次:

用的都是同一个连接,所以连接池是生效的,到这里问题大概定位出来了

根本原因:

目前设置的连接池超时时间是3600s,意思是每3600s定时任务才会将空闲/过期的连接删除,而tcp协议中,客户端和服务端的连接,服务端定时会将连接删除(四次挥手),这样就导致了其实服务端已经将这个连接断开了,但是客户端不知道,还维护这个连接,然后通过这个连接请求后服务端没法收到这个接口的响应而超时,一旦超时后,客户端会认为这个连接已经失效了,客户端会把这个连接从连接池中移出掉,所以后面的请求也正常了。

解决方案:

1.连接池定时扫描的时间设置为 < 服务端断开的超时时间,

挥手超时时间一般是大于30s的,这里我们设置为10s,10会清理空闲的连接池,保证客户端不会使用已经过期的连接

  1. 加keep-alive保活(此方法不需要)

通过谷歌浏览器请求后端接口,请求表头会自动带这个表头

这个表示该连接不关闭,下一次请求还是会复用这个连接,但是也会有风险,理论上客户端连接是不会断开的,但是保不齐服务端因为各种原因,例如服务端网络挂了,机器重启等,就会导致这个连接池维护的客户端连接其实已经失效了,而客户端是没法知道这个情况的,会导致拿这个连接去请求的话就会有问题了。

连接池为什么需要定时清理机制:

很难保证。传统阻塞I/O模型,只有当I/O操做的时候,socket才能响应I/O事件。当TCP连接交给连接管理器后,它可能还处于“保持连接”的状态,但是无法监听socket状态和响应I/O事件。如果这时服务器将连接关闭的话,客户端是没法知道这个状态变化的,从而也无法采取适当的手段来关闭连接。

针对这种情况,HttpClient采取一个策略,通过一个后台的监控线程定时的去检查连接池中连接是否还“新鲜”,如果过期了,或者空闲了一定时间则就将其从连接池里删除掉。ClientConnectionManager提供了 closeExpiredConnections和closeIdleConnections两个方法。

所以最后的问题还聚焦到了这个连接池的连接为什么会失效?

搜索了一些资料,因为后端http调用协议是http1.1,所以默认不指定用的就是keep-alive方式,连接按道理来说是不会失效的,然后找了下连接可能失效的几个可能:

1.tomcat关闭

据说默认是60s,但是测试过1分钟没啥问题,所以感觉又不是tomcat的问题

2.nginx关闭连接

去测试环境找到nginx配置

好家伙看到了配置,10分钟,正好和我们平时遇到的问题的时间有点差不多,抓包看了下大概也是10分钟后端会发送断开连接的报文

然后去看了下线上的配置

线上的时间是3600s,难怪线上超时问题比测试环境要低,这个时间和连接池的时间一样(设置相同还是概率会遇到,连接池轮训时间应该要小于这个时间)。

3.云商中间环节关闭(可能性最大)

因为通过netstat检测到客户端和服务端的连接都是存在的,没有关闭,所以云商中间环节关闭这个连接可能性比较大

https://learn.microsoft.com/zh-cn/azure/load-balancer/load-balancer-tcp-reset

4.防火墙关闭

尝试关闭防火墙后问题还有,所以应该不是这个问题

.......

3.总结

1.为增大并发,线上的连接断开时间尽量短一点,例如nginx的timeout时间设置10分钟内比较合适,太长的话会占用大量无用的资源;

2.客户端的空闲连接失效时间要小于服务端的超时时间,可以设置为一半,避免服务端主动释放连接后,客户端感知不到拿失效的连接去请求导致超时的异常,误认为是网络问题导致

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