服务器TIME_WAIT和CLOSE_WAIT详解和解决办法

在日常的服务器维护中，会经常用到如下命令。

netstat -n | awk '/^tcp/ {++S[$NF]} END {for(a in S) print a, S[a]}'

它会显示例如下面的信息：

TIME_WAIT 689

CLOSE_WAIT 2

FIN_WAIT1 1

ESTABLISHED 291

SYN_RECV 2

LAST_ACK 1

常用的三个状态是：ESTABLISHED表示正在通信 、TIME_WAIT表示主动关闭、CLOSE_WAIT表示被动关闭。

如果服务器出现了异常，很大的可能是出现了以下两种情况：

我们也都知道Linux系统中分给每个用户的文件句柄数是有限的，而TIME_WAIT和CLOSE_WAIT这两种状态如果一直被保持，那么意味着对应数目的通道(此处应理解为socket，一般一个socket会占用服务器端一个端口，服务器端的端口最大数是65535)一直被占用，一旦达到了上限，则新的请求就无法被处理，接着就是大量Too Many Open Files异常，然后tomcat、nginx、apache崩溃。。。

下面来讨论这两种状态的处理方法，网络上也有很多资料把这两种情况混为一谈，认为优化内核参数就可以解决，其实这是不恰当的。优化内核参数在一定程度上能解决time_wait过多的问题，但是应对close_wait还得从应用程序本身出发。

这种情况比较常见，一般会出现在爬虫服务器和web服务器(如果没做内核参数优化的话)上，那么这种问题是怎么产生的呢？

从上图可以看出time_wait是主动关闭连接的一方保持的状态，对于爬虫服务器来说它自身就是客户端，在完成一个爬取任务后就会发起主动关闭连接，从而进入time_wait状态，然后保持这个状态2MSL时间之后，彻底关闭回收资源。这里为什么会保持资源2MSL时间呢？这也是TCP/IP设计者规定的。

TCP要保证在所有可能的情况下使得所有的数据都能够被正确送达。当你关闭一个socket时，主动关闭一端的socket将进入TIME_WAIT状 态，而被动关闭一方则转入CLOSED状态，这的确能够保证所有的数据都被传输。当一个socket关闭的时候，是通过两端四次握手完成的，当一端调用 close()时，就说明本端没有数据要发送了。这好似看来在握手完成以后，socket就都可以处于初始的CLOSED状态了，其实不然。原因是这样安 排状态有两个问题， 首先，我们没有任何机制保证最后的一个ACK能够正常传输，第二，网络上仍然有可能有残余的数据包(wandering duplicates)，我们也必须能够正常处理。

TIMEWAIT就是为了解决这两个问题而生的。

再引用网络中的一段话：

time_wait问题可以通过调整内核参数和适当的设置web服务器的keep-Alive值来解决。因为time_wait是自己可控的，要么就是对方连接的异常，要么就是自己没有快速的回收资源，总之不是由于自己程序错误引起的。但是close_wait就不一样了，从上图中我们可以看到服务器保持大量的close_wait只有一种情况，那就是对方发送一个FIN后，程序自己这边没有进一步发送ACK以确认。换句话说就是在对方关闭连接后，程序里没有检测到，或者程序里本身就已经忘了这个时候需要关闭连接，于是这个资源就一直被程序占用着。这个时候快速的解决方法是：

注：

直到写这篇文章的时候我才完全弄明白之前工作中遇到的一个问题。程序员写了爬虫(php)运行在采集服务器A上，程序去B服务器上采集资源，但是A服务器很快就发现出现了大量的close_wait状态的连接。后来手动检查才发现这些处于close_wait状态的请求结果都是404，那就说明B服务器上没有要请求的资源。

下面引用网友分析的结论：

服 务器A是一台爬虫服务器，它使用简单的HttpClient去请求资源服务器B上面的apache获取文件资源，正常情况下，如果请求成功，那么在抓取完 资源后，服务器A会主动发出关闭连接的请求，这个时候就是主动关闭连接，服务器A的连接状态我们可以看到是TIME_WAIT。如果一旦发生异常呢？假设 请求的资源服务器B上并不存在，那么这个时候就会由服务器B发出关闭连接的请求，服务器A就是被动的关闭了连接，如果服务器A被动关闭连接之后程序员忘了 让HttpClient释放连接，那就会造成CLOSE_WAIT的状态了。

当TIME_WAIT超过linux系统tw数量的阀值(可用数量不会大于65535)，系统会把多余的time-wait socket 删除掉，并且显示警告信息，如果是NAT网络环境又存在大量访问，会产生各种连接不稳定断开的情况，从而影响了服务的稳定性。

一、状态的产生

要解决TIME_WAIT状态过多的问题，先来研究下TIME_WAIT状态的产生，下面是TCP连接断开时的四次挥手状态转换图，说明一点，途中显示的是客户端主动断开连接，tcp连接也可以由服务器端主动断开连接。我们先来描述一下断开的状态：

1）客户端进程发出连接释放报文，并且停止发送数据。释放数据报文首部，FIN=1，其序列号为seq=u（等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1），此时，客户端进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态。 TCP规定，FIN报文段即使不携带数据，也要消耗一个序号。

2）服务器收到连接释放报文，发出确认报文，ACK=1，ack=u+1，并且带上自己的序列号seq=v，此时，服务端就进入了CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。TCP服务器通知高层的应用进程，客户端向服务器的方向就释放了，这时候处于半关闭状态，即客户端已经没有数据要发送了，但是服务器若发送数据，客户端依然要接受。这个状态还要持续一段时间，也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间。

3）客户端收到服务器的确认请求后，此时，客户端就进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待服务器发送连接释放报文（在这之前还需要接受服务器发送的最后的数据）。

4）服务器将最后的数据发送完毕后，就向客户端发送连接释放报文，FIN=1，ack=u+1，由于在半关闭状态，服务器很可能又发送了一些数据，假定此时的序列号为seq=w，此时，服务器就进入了LAST-ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认。

5）客户端收到服务器的连接释放报文后，必须发出确认，ACK=1，ack=w+1，而自己的序列号是seq=u+1，此时，客户端就进入了TIME-WAIT（时间等待）状态。注意此时TCP连接还没有释放，必须经过2MSL（最长报文段寿命,RFC规定一个MSL为2min，linux中一般设置为30s）的时间后，当客户端撤销相应的TCB后，才进入CLOSED状态。

6）服务器只要收到了客户端发出的确认，立即进入CLOSED状态。同样，撤销TCB后，就结束了这次的TCP连接。可以看到，服务器结束TCP连接的时间要比客户端早一些。

可以看到TIME_WAIT状态产生是在tcp连接主动关闭的一端产生的正常tcp状态，超过两个MSL之后，就会关闭，释放占用的端口。基于以上的分析我们可以推断，在我们的应用中产生大量TIME_WAIT状态的根本原因是频繁创建断开连接TCP连接。要解决TIME_WATIT状态过多的问题，就要分析我们的应用把频繁创建的短连接改为长连接。

二、常见的短连接产生的场景

1.服务连接服务

后台业务服务器，通常需要调用redis、mysql以及其他http服务和grpc服务，在服务相互调用中，如果使用的是短连接，高并发时就会产生大量TIME_WAIT，如何解决呢？一般情况下，redis等客户端会有连接池，我们要做的是设置好相关的连接服用参数，一般会有连接数、连接重用时间、连接空闲数等。所以在应用中通过设置合理的连接池参数可以避免TIME_WAIT状态过多的问题：

1.检查http连接池

2.检查grpc连接池

3.检查redis连接池

4.检查mysql连接池

...

我们来查看一个mysql连接池配置信息，最大连接数100，最大空闲连接数10，测试的并发数50，产生的效果如下：

可以看到TIME_WAIT状态快速上升，我们查看redis客户端的连接情况：

{MaxOpenConnections:100 OpenConnections:1 InUse:0 Idle:1 WaitCount:0 WaitDuration:0s MaxIdleClosed:0 MaxLifetimeClosed:0}

{MaxOpenConnections:100 OpenConnections:17 InUse:15 Idle:2 WaitCount:0 WaitDuration:0s MaxIdleClosed:48 MaxLifetimeClosed:0}

{MaxOpenConnections:100 OpenConnections:51 InUse:44 Idle:7 WaitCount:0 WaitDuration:0s MaxIdleClosed:82 MaxLifetimeClosed:0}

{MaxOpenConnections:100 OpenConnections:51 InUse:50 Idle:1 WaitCount:0 WaitDuration:0s MaxIdleClosed:90 MaxLifetimeClosed:0}

{MaxOpenConnections:100 OpenConnections:50 InUse:49 Idle:1 WaitCount:0 WaitDuration:0s MaxIdleClosed:126 MaxLifetimeClosed:0}

{MaxOpenConnections:100 OpenConnections:51 InUse:49 Idle:2 WaitCount:0 WaitDuration:0s MaxIdleClosed:131 MaxLifetimeClosed:0}

{MaxOpenConnections:100 OpenConnections:50 InUse:49 Idle:1 WaitCount:0 WaitDuration:0s MaxIdleClosed:181 MaxLifetimeClosed:0}

{MaxOpenConnections:100 OpenConnections:51 InUse:51 Idle:0 WaitCount:0 WaitDuration:0s MaxIdleClosed:233 MaxLifetimeClosed:0}

{MaxOpenConnections:100 OpenConnections:51 InUse:51 Idle:0 WaitCount:0 WaitDuration:0s MaxIdleClosed:240 MaxLifetimeClosed:0}

{MaxOpenConnections:100 OpenConnections:46 InUse:38 Idle:8 WaitCount:0 WaitDuration:0s MaxIdleClosed:296 MaxLifetimeClosed:0}

{MaxOpenConnections:100 OpenConnections:51 InUse:50 Idle:1 WaitCount:0 WaitDuration:0s MaxIdleClosed:313 MaxLifetimeClosed:0}

{MaxOpenConnections:100 OpenConnections:51 InUse:50 Idle:1 WaitCount:0 WaitDuration:0s MaxIdleClosed:363 MaxLifetimeClosed:0}

{MaxOpenConnections:100 OpenConnections:51 InUse:50 Idle:1 WaitCount:0 WaitDuration:0s MaxIdleClosed:409 MaxLifetimeClosed:0}

{MaxOpenConnections:100 OpenConnections:50 InUse:48 Idle:2 WaitCount:0 WaitDuration:0s MaxIdleClosed:438 MaxLifetimeClosed:0}

{MaxOpenConnections:100 OpenConnections:49 InUse:49 Idle:0 WaitCount:0 WaitDuration:0s MaxIdleClosed:494 MaxLifetimeClosed:0}

分析发现MaxIdleClosed数据持续上升，此为mysql客户端连接池配置不合理产生大量TIME_WAIT状态的例子

2.网络抖动

      网络情况不好时，如果主动方无TIME_WAIT等待，关闭前个连接后，主动方与被动方又建立起新的TCP连接，这时被动方重传或延时过来的FIN包过来后会直接影响新的TCP连接。同样网络情况不好并且无TIME_WAIT等待，关闭连接后无新连接，当接收到被动方重传或延迟的FIN包后，会给被动方回一个RST包，可能会影响被动方其它的服务连接。

网络抖动问题比较好排查，直接使用ping命令可以观察到。

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