面试题：Node.js 中 TCP 长连接与短连接在资源占用方面的区别

Question

在 Node.js 开发中，阐述 TCP 长连接与短连接在系统资源（如内存、端口等）占用上有何不同？并举例说明在何种场景下资源占用的差异会对应用产生显著影响。

Answer 1

TCP长连接与短连接在系统资源占用上的不同

1. 内存占用
   • 长连接：
     • 由于长连接在一段时间内持续保持连接状态，需要在内存中维护更多的连接相关信息，如连接状态、缓冲区等。例如，在一个使用Node.js构建的实时聊天服务器中，每个客户端与服务器建立长连接，服务器端为每个连接维护的状态信息（如用户登录状态、消息队列等）会持续占用内存空间。随着连接数的增加，内存占用会显著上升。
   • 短连接：
     • 短连接在完成数据传输后就关闭连接，其连接相关信息在连接关闭后即可释放，内存占用相对短暂。例如，在一个简单的文件下载服务中，客户端发起短连接请求下载文件，下载完成后连接关闭，相关的连接内存资源随之释放，内存占用时间较短。
2. 端口占用
   • 长连接：
     • 长连接持续占用端口，只要连接不断开，端口就一直被占用。在高并发场景下，如果服务器的端口资源有限，过多的长连接可能导致端口资源耗尽。例如，一个基于Node.js的物联网网关，连接大量的物联网设备（每个设备与网关建立长连接），如果网关可使用的端口数量有限，当连接的设备数达到端口上限时，新的设备将无法建立连接。
   • 短连接：
     • 短连接使用完端口后即释放，端口可被其他连接复用。比如在一个电商网站的商品查询API服务中，用户频繁发起短连接请求查询商品信息，每个请求完成后端口释放，其他用户的请求可以复用这些端口，在一定程度上减少了端口资源紧张的问题。

资源占用差异对应用产生显著影响的场景

1. 实时数据推送场景（如股票行情推送）
   • 长连接：
     • 股票交易系统需要实时向用户推送股票行情数据。使用长连接，服务器可以持续向客户端推送最新数据，客户端与服务器保持稳定连接，能及时获取行情变化。但如果连接的用户数众多，内存中维护的连接状态信息及缓冲区等会占用大量内存，可能导致服务器内存不足，影响系统性能甚至崩溃。例如，当股市交易高峰期，大量用户同时在线接收行情数据，长连接带来的内存压力可能使服务器响应变慢。
   • 短连接：
     • 若采用短连接，客户端需要频繁发起请求获取最新行情数据。频繁的连接建立和关闭操作会消耗大量系统资源（如CPU资源用于处理连接建立和关闭的协议操作），并且由于每次请求获取数据后连接就关闭，可能无法及时获取最新行情，数据的实时性较差。比如，在股票价格快速波动时，短连接方式可能导致客户端获取的数据有较大延迟，影响用户决策。
2. 简单的文件上传下载场景
   • 长连接：
     • 如果在文件上传下载场景中使用长连接，对于每个文件传输都保持长连接，会造成不必要的资源浪费。因为文件传输完成后，长连接仍然占用内存和端口资源，而这些资源在文件传输结束后其实不再需要。例如，一个小型的企业内部文件共享平台，若采用长连接方式，大量员工上传和下载文件后，长连接持续占用资源，会使服务器资源利用率降低。
   • 短连接：
     • 短连接在文件上传下载完成后立即释放资源，更适合这种场景。每次文件传输时建立连接，传输完成后关闭连接，有效避免了资源的长时间占用。比如，在一个公共的文件下载网站，大量用户下载文件，短连接方式能保证端口资源的高效复用，同时减少内存的持续占用，使服务器能处理更多的下载请求。