一、什么是"长连接"（Long-lived Connection）
长连接指客户端与服务端建立连接后，在较长时间内保持不关闭，用于多次通信或持续数据流传输。
核心目标：
- 降低频繁建连/断连的开销（TCP / TLS）
- 实现实时通信、流式数据、推送能力
- 支撑高并发、低延迟业务场景
二、Python 实现长连接的主流方式总览
从 通信层级 来看，Python 的长连接可以分为：
| 层级 | 技术 |
|---|---|
| HTTP 层 | Keep-Alive / SSE |
| 应用协议层 | WebSocket |
| 传输层 | TCP Socket |
| 异步模型 | asyncio / uvloop |
| 消息系统 | Redis Pub/Sub 等 |
下面逐一展开。
三、HTTP 长连接（Keep-Alive）
1. 原理说明
HTTP/1.1 默认开启 Connection: keep-alive
同一个 TCP 连接可复用多次 HTTP 请求。
⚠️ 注意：
HTTP 长连接 ≠ 实时通信它只是"连接复用"，不是推送模型。
2. 适用场景
- 内部 API 调用
- 微服务间 RPC
- 高频短请求（如模型推理接口）
3. 示例代码（requests + Session）
python
import requests
session = requests.Session()
for i in range(10):
resp = session.get("http://localhost:8000/health")
print(resp.status_code)
session.close()原理点
Session内部维护连接池- 复用 TCP 连接，减少握手开销
4. 优缺点分析
优点
- 实现简单
- 与现有 HTTP 服务完全兼容
缺点
- 不支持服务端主动推送
- 连接空闲易被 LB / Nginx 断开
5. 生产注意事项
- Nginx
keepalive_timeout - 服务端最大连接数
- 不适合实时推送类业务
四、WebSocket（全双工长连接）
1. 原理说明
WebSocket 基于 HTTP 握手升级协议：
HTTP → Upgrade → WebSocket特点：
- 全双工
- 服务端可主动推送
- 一个连接可持续通信
2. 典型使用场景
- 实时消息 / IM
- 模型流式输出（Token Streaming）
- 实时监控面板
- 在线协作
3. FastAPI WebSocket 示例
服务端
python
from fastapi import FastAPI, WebSocket
import asyncio
app = FastAPI()
@app.websocket("/ws")
async def websocket_endpoint(ws: WebSocket):
await ws.accept()
try:
while True:
data = await ws.receive_text()
await ws.send_text(f"echo: {data}")
except Exception:
await ws.close()客户端测试脚本
python
import asyncio
import websockets
async def test_ws():
async with websockets.connect("ws://localhost:8000/ws") as ws:
await ws.send("hello")
resp = await ws.recv()
print(resp)
asyncio.run(test_ws())4. 优缺点分析
优点
- 真正的实时通信
- 支持流式数据
缺点
- 状态连接，消耗资源
- LB 场景需粘性会话
5. 生产级注意事项
- 心跳（ping/pong）
- 最大连接数控制
- Nginx
proxy_read_timeout - Kubernetes 下需 Session Affinity
五、Server-Sent Events（SSE）
1. 原理说明
- 基于 HTTP
- 单向：服务端 → 客户端
- 使用
text/event-stream
2. 适用场景
- 实时通知
- 日志流
- AI 模型流式输出（无双向需求）
3. FastAPI SSE 示例
服务端
python
from fastapi import FastAPI
from fastapi.responses import StreamingResponse
import time
app = FastAPI()
def event_generator():
for i in range(5):
yield f"data: message {i}\n\n"
time.sleep(1)
@app.get("/sse")
def sse():
return StreamingResponse(event_generator(),
media_type="text/event-stream")客户端测试脚本
python
import requests
resp = requests.get("http://localhost:8000/sse", stream=True)
for line in resp.iter_lines():
if line:
print(line.decode())4. 优缺点
优点
- 比 WebSocket 简单
- HTTP 原生，穿透性好
缺点
- 单向通信
- 浏览器连接数限制
六、TCP Socket 长连接（底层方案）
1. 原理说明
- 直接基于 TCP
- 自定义协议
- 需自行处理粘包、心跳、重连
2. asyncio TCP 示例
服务端
python
import asyncio
async def handle(reader, writer):
while True:
data = await reader.read(1024)
if not data:
break
writer.write(data)
await writer.drain()
asyncio.run(asyncio.start_server(handle, "0.0.0.0", 9000))客户端
python
import asyncio
async def client():
reader, writer = await asyncio.open_connection("127.0.0.1", 9000)
writer.write(b"ping")
await writer.drain()
data = await reader.read(1024)
print(data)
writer.close()
asyncio.run(client())3. 适用场景
- 游戏服务器
- 自定义高性能协议
- 内部 RPC
4. 风险点
- 实现成本高
- 协议设计复杂
- 调试困难
七、异步长连接模型（asyncio / uvloop）
核心价值
- 单线程支撑万级连接
- IO 多路复用（epoll）
python
import asyncio
import uvloop
asyncio.set_event_loop_policy(uvloop.EventLoopPolicy())结论 ：
生产级长连接，几乎必用 asyncio
八、消息系统模拟"长连接"
Redis Pub/Sub 示例
python
import redis
r = redis.Redis()
pubsub = r.pubsub()
pubsub.subscribe("events")
for msg in pubsub.listen():
print(msg)特点
- 解耦
- 非真实 TCP 长连接
- 更适合集群广播
九、Python 如何测试长连接（重点）
1. 长时间保持连接
python
while True:
ws.send("ping")
time.sleep(30)2. 心跳机制
- WebSocket ping/pong
- TCP 自定义 heartbeat
- 超时主动关闭
3. 并发测试（asyncio）
python
async def run(n=1000):
tasks = [test_ws() for _ in range(n)]
await asyncio.gather(*tasks)十、生产级最佳实践总结
什么时候用长连接？
✅ 实时
✅ 高频交互
✅ 流式输出
什么时候不用？
❌ 请求极少
❌ LB 无法保持会话
❌ 资源极度受限
十一、方案对比表
| 技术 | 通信模型 | 推送 | 并发 | 复杂度 | 推荐 |
|---|---|---|---|---|---|
| HTTP Keep-Alive | 请求/响应 | ❌ | 高 | 低 | ⭐⭐⭐ |
| WebSocket | 全双工 | ✅ | 高 | 中 | ⭐⭐⭐⭐⭐ |
| SSE | 单向流 | ✅ | 中 | 低 | ⭐⭐⭐⭐ |
| TCP Socket | 自定义 | ✅ | 极高 | 高 | ⭐⭐⭐ |
| Redis Pub/Sub | 消息 | 间接 | 高 | 中 | ⭐⭐⭐⭐ |
十二、最终结论
**Python 生产级长连接首选：
asyncio + WebSocket（或 SSE）
TCP 仅在极致性能或特殊协议下使用