【背景】

現(xiàn)需要實(shí)現(xiàn)這樣的功能：有多個客戶端連著同一個服務(wù)器。服務(wù)器和客戶端之間需要“互相”知道彼此的連接狀態(tài)。比如在某一時刻，服務(wù)器需要知道當(dāng)前有多少個客戶端正在和其通信；某一個時刻，某個客戶端需要知道自己是否和服務(wù)器保持連接。如果在某一時刻，一個客戶端關(guān)閉了，服務(wù)端應(yīng)能及時感覺到；同樣，如果服務(wù)端被關(guān)閉，所有的客戶端應(yīng)能及時感覺到，并作出一些反應(yīng)。

1.從程序的角度看待TCP掉線

TCP掉線的原因可能多種多樣、不一而足，比如，客人的電腦突然斷電、OS崩潰、路由器重啟、網(wǎng)線接觸不良、因?yàn)镻2P下載軟件而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)資源短缺、Internet網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定等等，但是從程序的角度來說，我們可以總結(jié)為兩種情況：程序能立即感知的掉線和程序不能立即感知的掉線。

程序能立即感知的掉線：也就是說客戶端一掉線，服務(wù)器端的某個讀寫對應(yīng)的TCP連接的線程就會拋出異常，這種情況相對容易處理。

程序不能立即感知的掉線：我們都知道，TCP連接的建立，需要經(jīng)過三次握手；而TCP連接的斷開，需要經(jīng)過四次揮手。掉線通常沒什么大不了的，掉就掉了唄，只要四次揮手順利完成后，服務(wù)器和客戶端分別做一些善后處理就可以。

麻煩的事情在于，連接在沒有機(jī)會完成4次揮手時已經(jīng)斷開了(比如當(dāng)客人的電腦系統(tǒng)死機(jī)，或客人電腦與服務(wù)器之間的某處物理網(wǎng)線斷開)，而服務(wù)端以為客戶端還正常在線，而客戶端也自以為還正常在線。這種程序?qū)ΜF(xiàn)實(shí)狀態(tài)的錯誤判斷有可能引發(fā)諸多悲劇。比如，在此情況下，客戶端發(fā)一個指令給服務(wù)器，服務(wù)器因?yàn)闆]有收到而一直處于等待指令的狀態(tài)；而客戶端了，以為服務(wù)器已經(jīng)收到了，也就一直處于等待服務(wù)端回復(fù)的狀態(tài)。如果程序的其它部分需要依據(jù)當(dāng)前的狀態(tài)來做后續(xù)的操作，那就可能會出問題，因?yàn)槌绦驅(qū)Ξ?dāng)前連接狀態(tài)的判斷是錯誤的。

毫無疑問，這種對連接狀態(tài)錯誤的判斷所持續(xù)的時間越久，帶來可能的危害就越大。當(dāng)然，如果我們不做任何額外的處理措施，服務(wù)器到最后也能感受到客戶端的掉線，但是，這個時間可能已經(jīng)過去了幾分鐘甚至幾十分鐘。對于大多數(shù)應(yīng)用來說，這是不可忍受的。 所以，針對這種不能立即感知掉線的情況，我們要做的補(bǔ)救措施，就是幫助程序盡快地獲知tcp連接已斷開的信息。

首先，我們可以在Socket上通過Socket.IOControl方法設(shè)置KeepAliveValues，來控制底層TCP的保活機(jī)制，比如，設(shè)定2秒鐘檢測一次，超過10秒檢測失敗時拋出異常。

byte[]?inOptionValues?=?FillKeepAliveStruct(1,?10000,?2000);

socket.IOControl(IOControlCode.KeepAliveValues,?inOptionValues,?null);

據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，這種設(shè)定可以解決一部分問題，但是仍然會有一些連接在斷開后，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過10秒才被感知掉。所以，這個補(bǔ)救措施還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。我們還需要在應(yīng)用層加入我們自己的TCP連接狀態(tài)檢測機(jī)制，這種機(jī)制就是通常所說的“心跳”。

2."心跳"機(jī)制

心跳機(jī)制的原理很簡單：客戶端每隔N秒向服務(wù)端發(fā)送一個心跳消息，服務(wù)端收到心跳消息后，回復(fù)同樣的心跳消息給客戶端。如果服務(wù)端或客戶端在M秒(M>N)內(nèi)都沒有收到包括心跳消息在內(nèi)的任何消息，即心跳超時，我們就認(rèn)為目標(biāo)TCP連接已經(jīng)斷開了。

由于不同的應(yīng)用程序?qū)Ω兄猅CP掉線的靈敏度不一樣，所以，N和M的值就可以設(shè)定的不一樣。靈敏度要求越高，N和M就要越小；靈敏度要求越低，N和M就可以越大。而要求靈敏度越高，也是有代價的，那就是需要更頻繁地發(fā)送心跳消息，如果有幾千個連接同時頻繁地發(fā)送心跳消息，那么其所消耗的資源也是不能忽略的。

當(dāng)然，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境(如延遲的大小)的好壞，也對會對N和M的值的設(shè)定產(chǎn)生影響，比如，網(wǎng)絡(luò)延遲較大，那么N與M之間的差值也應(yīng)該越大(比如，M是N的3倍)。否則，可能會產(chǎn)生誤判 -- 即TCP連接沒有斷開，只是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)延遲大才及時沒收到心跳消息，我們卻認(rèn)為連接已經(jīng)斷開了。

ESFramework內(nèi)置了心跳機(jī)制，當(dāng)心跳超時時，服務(wù)端會觸發(fā)IUserManager的SomeOneTimeOuted事件，來通知我們的應(yīng)用程序。

在服務(wù)器端，UserManager通過ESBasic.Threading.Application.HeartBeatChecker來對心跳進(jìn)行檢測，而HeartBeatChecker的SurviveSpanInSecs屬性可以用于設(shè)置我們所描述的M值。

在客戶端，則通過ESPlus.Application.Basic.Passive.HeartBeater來向服務(wù)器定時發(fā)送心跳消息，而HeartBeater的DetectSpanInSecs屬性可以用于設(shè)置N值。

當(dāng)我們在使用Rapid引擎時，Rapid引擎已經(jīng)將心跳機(jī)制的組件為我們組裝好了。由于RapidServerEngine和RapidPassiveEngine沒有暴露出HeartBeatChecker和HeartBeater，所以，我們不能直接通過HeartBeatChecker和HeartBeater設(shè)定M和N的值，但是，RapidServerEngine和RapidPassiveEngine分別提供了HeartbeatTimeoutInSecs屬性和HeartBeatSpanInSecs屬性來間接地設(shè)定M和N。

3.必須關(guān)閉掉線的TCP連接

無論是普通掉線(立即感知)還是心跳超時掉線(非立即感知)，都需要關(guān)閉對應(yīng)的TCP連接以釋放系統(tǒng)資源。

ITcpServerEngine接口提供了CloseOneConnection方法以關(guān)閉目標(biāo)連接。

///

/// 主動關(guān)閉連接，將觸發(fā)SomeOneDisconnected事件。

///

void CloseOneConnection(UserAddress adderss, DisconnectedType disconnectedType);

當(dāng)普通掉線時，ITcpServerEngine會自動關(guān)閉了TCP連接；但是，當(dāng)心跳超時掉線時，我們需要自己手動關(guān)閉對應(yīng)的連接。幸運(yùn)的是，ESPlus.Application.Basic空間下的組件會自動幫我們關(guān)閉超時掉線的連接。所以，使用Rapid引擎的我們也不用再自己手動關(guān)閉超時掉線的TCP連接了。

另外要提醒一點(diǎn)，當(dāng)TCP連接超時掉線時，使用Rapid引擎的服務(wù)端會首先觸發(fā)IUserManager的SomeOneTimeOuted事件，接著再觸發(fā)IUserManager的SomeOneDisconnected事件(由于ESPlus調(diào)用CloseOneConnection方法時觸發(fā))。

4.UDP與"心跳"

前面介紹的都是關(guān)于TCP的掉線的問題，下面我們看看UDP。

由于UDP是無連接的協(xié)議，所以，當(dāng)我們在使用ESFramework的UDP引擎的時候，幾乎肯定是需要配備心跳機(jī)制的，使用心跳消息確認(rèn)客戶端還在線，以保證服務(wù)端不會過早釋放對應(yīng)的Session或長期保留已失效的Session。

ESFramework中的心跳機(jī)制相關(guān)的組件是與協(xié)議無關(guān)的，所以既可以用于TCP應(yīng)用，也可用于UDP應(yīng)用。

在ESFramework 開發(fā)手冊(04) －－ 可靠的P2P 一文中介紹的P2P通道如果是基于UDP的，則ESPlus內(nèi)部也啟動了心跳機(jī)制，以保證在基于UDP的P2P通道斷開時，ESPlus能盡快感知，并關(guān)閉對應(yīng)的P2P通道。

5.關(guān)閉心跳機(jī)制

比如，在LAN中進(jìn)行通信的分布式系統(tǒng)，由于網(wǎng)絡(luò)延遲和意外掉線的幾率微乎其微，所以，可以考慮關(guān)閉心跳機(jī)制。再比如，當(dāng)我們斷點(diǎn)調(diào)試客戶端程序時，由于斷點(diǎn)時間太久，服務(wù)端會判斷為客戶端已經(jīng)心跳超時掉線了，在這種情況下，也可以關(guān)閉心跳機(jī)制。那么如何關(guān)閉心跳機(jī)制了？可以這樣做：

將RapidPassiveEngine的HeartBeatSpanInSecs屬性設(shè)置為0。這樣客戶端就不會發(fā)送定時的心跳消息了。

將RapidServerEngine的HeartbeatTimeoutInSecs屬性設(shè)置為小于等于0。這表示服務(wù)端將不再做心跳超時檢查。

【思考】

看到這個需求，直觀上的反應(yīng)就是在服務(wù)端維護(hù)一個在線列表。當(dāng)服務(wù)端的監(jiān)聽器監(jiān)聽到一個連接，就把該連接對應(yīng)的客戶端信息加入這個在線列表。這樣就完成了對上線狀況的記錄。但下一個問題是如何讓服務(wù)器知道客戶端的離線狀況呢？我們可能會想到，讓客戶端在關(guān)閉前發(fā)送一個消息到服務(wù)端，服務(wù)端收到消息后就把客戶端置為離線狀態(tài)。但是，在更多情況下，客戶端并不是這么“友好”地關(guān)閉的。應(yīng)用程序崩潰、網(wǎng)絡(luò)連接被重置、機(jī)器死機(jī)等情況下，客戶端來不及發(fā)送“離線通知”給服務(wù)端就掛掉了。這時，需要有一套機(jī)制，能讓服務(wù)端和客戶端彼此對對方的在線狀態(tài)保持清醒。

【概念】

何謂“心跳”？?心跳就是指“活著”的客戶端或服務(wù)端每隔一定的時間就互相發(fā)送接收一個消息，告訴對方自己“活著”。當(dāng)客戶端或服務(wù)端超過一定的時間間隔尚未收到對方的“心跳”消息，就認(rèn)為對方“死了”。這就是“心跳機(jī)制”的核心思想。

【設(shè)計實(shí)現(xiàn)】

在客戶端，除了?UI?外，需要三個線程在后臺工作。

1，自動連接的線程。該線程可以實(shí)現(xiàn)每隔指定時間就檢查一次連接狀態(tài)，如果發(fā)現(xiàn)當(dāng)前是“離線”狀態(tài)，就自動發(fā)起向服務(wù)端的一次連接。

1?????????private?void?ThreadConnect()

2?????????{

3?????????????do

4?????????????{

5

6?????????????????if?(!_bConnected)

7?????????????????{

8?????????????????????_bConnected?=?_sender.Connect(_ip,?_port);

9

10?????????????????????if?(_bConnected)

11?????????????????????{

12

13?????????????????????????Thread?threadSendAndReceivePulseMessage?=?new?Thread(new?ThreadStart(ThreadSendAndReceivePulseMessage));

14?????????????????????????threadSendAndReceivePulseMessage.IsBackground?=?true;

15?????????????????????????threadSendAndReceivePulseMessage.Start();

16

17?????????????????????????Thread?threadCheckPulseCount?=?new?Thread(new?ThreadStart(ThreadCheckPulseCount));

18?????????????????????????threadCheckPulseCount.IsBackground?=?true;

19?????????????????????????threadCheckPulseCount.Start();

20

21?????????????????????????_pulseCount?=?0;

22

23?????????????????????????OnConnected(new?EventArgs());

24?????????????????????}

25

26?????????????????}

27?????????????????Thread.Sleep(_connectInterval);

28

29?????????????}

30?????????????while?(_bWorking?&&?_bAutoReconnect);

31?????????}

2，收發(fā)“心跳”消息的線程。該線程和服務(wù)端進(jìn)行收發(fā)心跳消息。注意每收到服務(wù)器發(fā)來的消息，應(yīng)將心跳計數(shù)器置零。心跳計數(shù)器的含義是已經(jīng)隔了多少個心跳周期沒收到心跳消息了。

1?????????private?void?ThreadSendAndReceivePulseMessage()

2?????????{

3?????????????while?(_bWorking?&&?_bConnected)

4?????????????{

5

6?????????????????string?recv?=??_sender.Receive(64);

7

8

9?????????????????if?(recv?==?"PULSE")

10?????????????????{

11?????????????????????_pulseCount?=?0;

12

13?????????????????????_sender.Send("ALIVE");

14?????????????????}

15?????????????????else

16?????????????????{

17?????????????????????_bConnected?=?false;

18?????????????????????_sender.Close();

19

20?????????????????}

21?????????????????Thread.Sleep(10);

22?????????????}

23?????????}

3，檢查心跳計數(shù)器的值的線程。該線程每隔指定的時間間隔就檢查一次心跳計數(shù)器，當(dāng)發(fā)現(xiàn)已經(jīng)超過指定心跳周期(比如3次)未接收到心跳消息，就認(rèn)為是離線了，則進(jìn)行相應(yīng)的處理。

1?????????private?void?ThreadCheckPulseCount()

2?????????{

3?????????????while?(_bWorking?&&?_bConnected)

4?????????????{

5?????????????????Thread.Sleep(_pulseInterval);

6

7?????????????????_pulseCount++;

8

9?????????????????if?(_pulseCount?>?_maxPulseCount)

10?????????????????{

11?????????????????????_bConnected?=?false;

12?????????????????????_sender.Close();

13?????????????????}

14

15?????????????????if?(!_bConnected)

16?????????????????{

17?????????????????????OnDisconnected(new?EventArgs());

18?????????????????}

19?????????????}

20?????????}

在服務(wù)端，設(shè)計思想類似，需要維護(hù)一個“在線列表”，并及時和客戶端通信，此處省略代碼。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的java udp心跳机制_心跳包机制整理汇总的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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