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Socket心跳包機制總結

阿新 • • 發佈：2019-02-05
     跳包之所以叫心跳包是因為：它像心跳一樣每隔固定時間發一次，以此來告訴伺服器，這個客戶端還活著。事實上這是為了保持長連線，至於這個包的內容，是沒有什麼特別規定的，不過一般都是很小的包，或者只包含包頭的一個空包。
    在TCP的機制裡面，本身是存在有心跳包的機制的，也就是TCP的選項：SO_KEEPALIVE。系統預設是設定的2小時的心跳頻率。但是它檢查不到機器斷電、網線拔出、防火牆這些斷線。而且邏輯層處理斷線可能也不是那麼好處理。一般，如果只是用於保活還是可以的。
    心跳包一般來說都是在邏輯層傳送空的echo包來實現的。下一個定時器，在一定時間間隔下發送一個空包給客戶端，然後客戶端反饋一個同樣的空包回來，伺服器如果在一定時間內收不到客戶端傳送過來的反饋包，那就只有認定說掉線了。
    其實，要判定掉線，只需要send或者recv一下，如果結果為零，則為掉線。但是，在長連線下，有可能很長一段時間都沒有資料往來。理論上說，這個連線是一直保持連線的，但是實際情況中，如果中間節點出現什麼故障是難以知道的。更要命的是，有的節點（防火牆）會自動把一定時間之內沒有資料互動的連線給斷掉。在這個時候，就需要我們的心跳包了，用於維持長連線，保活。
    在獲知了斷線之後，伺服器邏輯可能需要做一些事情，比如斷線後的資料清理呀，重新連線呀……當然，這個自然是要由邏輯層根據需求去做了。
    總的來說，心跳包主要也就是用於長連線的保活和斷線處理。一般的應用下，判定時間在30-40秒比較不錯。如果實在要求高，那就在6-9秒。


心跳檢測步驟：
1 客戶端每隔一個時間間隔發生一個探測包給伺服器
2 客戶端發包時啟動一個超時定時器
3 伺服器端接收到檢測包，應該回應一個包
4 如果客戶機收到伺服器的應答包，則說明伺服器正常，刪除超時定時器
5 如果客戶端的超時定時器超時，依然沒有收到應答包，則說明伺服器掛了

很多人會用boolean socketFlag = socket.isConnected() && socket.isClosed()來判斷就行了，但事實上這些方法都是訪問socket在記憶體駐留的狀態，當socket和伺服器端建立連結後，即使socket連結斷掉了，呼叫上面的方法返回的仍然是連結時的狀態，而不是socket的實時連結狀態，所以這樣心跳用這個不靠譜，下面給出例子證明這一點。

伺服器端：

  1. package com.csc.server;  
  2. import java.net.*;  
  3. /** 
  4.  * @description 從這裡啟動一個服務端監聽某個埠
     
  5.  * @author csc 
  6.  */
  7. publicclass DstService {  
  8.     publicstaticvoid main(String[] args) {  
  9.         try {             
  10.             // 啟動監聽埠 30000
  11.             ServerSocket ss = new ServerSocket(30000);  
  12.             // 沒有連線這個方法就一直堵塞
  13.             Socket s = ss.accept();  
  14.             // 將請求指定一個執行緒去執行
  15.             new
     Thread(new DstServiceImpl(s)).start();  
  16.         } catch (Exception e) {  
  17.             e.printStackTrace();  
  18.         }  
  19.     }  
  20. }  
這裡我設定了啟動新執行緒來管理建立的每一個socket連結，此處我們設定收到連結後10秒端來連結，程式碼如下：
  1. package com.csc.server;  
  2. import java.net.Socket;  
  3. /** 
  4.  * @description 服務的啟動的執行緒類 
  5.  * @author csc 
  6.  */
  7. publicclass DstServiceImpl implements Runnable {  
  8.     Socket socket = null;  
  9.     public DstServiceImpl(Socket s) {  
  10.         this.socket = s;  
  11.     }  
  12.     publicvoid run() {  
  13.         try {  
  14.             int index = 1;  
  15.             while (true) {  
  16.                 // 5秒後中斷連線
  17.                 if (index > 10) {  
  18.                     socket.close();  
  19.                     System.out.println("服務端已經關閉連結！");  
  20.                     break;  
  21.                 }  
  22.                 index++;  
  23.                 Thread.sleep(1 * 1000);//程式睡眠1秒鐘
  24.             }  
  25.         } catch (Exception e) {  
  26.             e.printStackTrace();  
  27.         }  
  28.     }  
  29. }  
以上是服務端程式碼，下面寫一個客戶端程式碼來測試：
  1. package com.csc.client;  
  2. import java.net.*;  
  3. /** 
  4.  * @description 客戶端列印連結狀態 
  5.  * @author csc 
  6.  */
  7. publicclass DstClient {  
  8.     publicstaticvoid main(String[] args) {  
  9.         try {  
  10.             Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 30000);  
  11.             socket.setKeepAlive(true);  
  12.             socket.setSoTimeout(10);  
  13.             while (true) {  
  14.                 System.out.println(socket.isBound());  
  15.                 System.out.println(socket.isClosed());  
  16.                 System.out.println(socket.isConnected());  
  17.                 System.out.println(socket.isInputShutdown());  
  18.                 System.out.println(socket.isOutputShutdown());  
  19.                 System.out.println("------------我是分割線------------");  
  20.                 Thread.sleep(3 * 1000);  
  21.             }  
  22.         } catch (Exception e) {  
  23.             e.printStackTrace();  
  24.         }  
  25.     }  
  26. }  
先執行服務端程式碼，再執行客戶端程式碼，我們會在客戶端程式碼的控制檯看到如下資訊：
  1. true
  2. false
  3. true
  4. false
  5. false
  6. ------------我是分割線------------  
從連線物件的屬性資訊來看，連線是沒有中斷，但實際連結已經在服務端建立連結10秒後斷開了。這說明了上述幾個方法是不能實時判斷出socket的連結狀態，只是socket駐留在記憶體的狀態。其實，此時如果呼叫流去讀取資訊的話，就會出現異常。

    其實，想要判斷socket是否仍是連結狀態，只要發一個心跳包就行了，如下一句程式碼：

  1. socket.sendUrgentData(0xFF); // 傳送心跳包
關於心跳包的理論可以去google一下，我給出點參考：心跳包就是在客戶端和伺服器間定時通知對方自己狀態的一個自己定義的命令字，按照一定的時間間隔傳送，類似於心跳，所以叫做心跳包。 用來判斷對方（裝置，程序或其它網元）是否正常執行，採用定時傳送簡單的通訊包，如果在指定時間段內未收到對方響應，則判斷對方已經離線。用於檢測TCP的異常斷開。基本原因是伺服器端不能有效的判斷客戶端是否線上，也就是說，伺服器無法區分客戶端是長時間在空閒，還是已經掉線的情況。所謂的心跳包就是客戶端定時傳送簡單的資訊給伺服器端告訴它我還在而已。程式碼就是每隔幾分鐘傳送一個固定資訊給服務端，服務端收到後回覆一個固定資訊如果服務端幾分鐘內沒有收到客戶端資訊則視客戶端斷開。 比如有些通訊軟體長時間不使用，要想知道它的狀態是線上還是離線就需要心跳包，定時發包收包。發包方：可以是客戶也可以是服務端，看哪邊實現方便合理，一般是客戶端。伺服器也可以定時發心跳下去。一般來說，出於效率的考慮，是由客戶端主動向伺服器端發包，而不是伺服器向客戶端發。客戶端每隔一段時間發一個包，使用TCP的，用send發，使用UDP的，用sendto發，伺服器收到後，就知道當前客戶端還處於“活著”的狀態，否則，如果隔一定時間未收到這樣的包，則伺服器認為客戶端已經斷開，進行相應的客戶端斷開邏輯處理！

    既然找到了方法，我們就在測試一下，服務端程式碼無需改動，客戶端程式碼如下：

  1. package com.csc.client;  
  2. import java.net.*;  
  3. /** 
  4.  * @description 客戶端列印連結狀態 
  5.  * @author csc 
  6.  */
  7. publicclass DstClient {  
  8.     publicstaticvoid main(String[] args) {  
  9.         try {  
  10.             Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 30000);  
  11.             socket.setKeepAlive(true);  
  12.             socket.setSoTimeout(10);  
  13.             while (true) {  
  14.                 socket.sendUrgentData(0xFF); // 傳送心跳包
  15.                 System.out.println("目前處於連結狀態！");  
  16.                 Thread.sleep(3 * 1000);//執行緒睡眠3秒
  17.             }  
  18.         } catch (Exception e) {  
  19.             e.printStackTrace();  
  20.         }  
  21.     }  
  22. }  

    重新執行客戶端程式，看到控制檯列印如下資訊：

    服務端程式執行10秒後再當執行“socket.sendUrgentData(0xFF);”語句時，socket連結斷開了，所以會丟擲異常。
    另外注意，心跳包只是用來檢測socket的連結狀態，並不會作為socket連結的通訊內容，這點應當注意。
    轉載請註明出處：http://blog.csdn.net/caoshichao520326/article/details/8900446


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