java udp心跳机制_心跳包机制整理汇总
【背景】
現需要實現這樣的功能：有多個客戶端連著同一個服務器。服務器和客戶端之間需要“互相”知道彼此的連接狀態。比如在某一時刻，服務器需要知道當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器保持連接。如果在某一時刻，一個客戶端關閉了，服務端應能及時感覺到；同樣，如果服務端被關閉，所有的客戶端應能及時感覺到，并作出一些反應。
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、網線接觸不良、因為P2P下載軟件而導致網絡資源短缺、Internet網絡的不穩定等等，但是從程序的角度來說，我們可以總結為兩種情況：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，服務器端的某個讀寫對應的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，需要經過三次握手；而TCP連接的斷開，需要經過四次揮手。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，連接在沒有機會完成4次揮手時已經斷開了(比如當客人的電腦系統死機，或客人電腦與服務器之間的某處物理網線斷開)，而服務端以為客戶端還正常在線，而客戶端也自以為還正常在線。這種程序對現實狀態的錯誤判斷有可能引發諸多悲劇。比如，在此情況下，客戶端發一個指令給服務器，服務器因為沒有收到而一直處于等待指令的狀態；而客戶端了，以為服務器已經收到了，也就一直處于等待服務端回復的狀態。如果程序的其它部分需要依據當前的狀態來做后續的操作，那就可能會出問題，因為程序對當前連接狀態的判斷是錯誤的。
毫無疑問，這種對連接狀態錯誤的判斷所持續的時間越久，帶來可能的危害就越大。當然，如果我們不做任何額外的處理措施，服務器到最后也能感受到客戶端的掉線，但是，這個時間可能已經過去了幾分鐘甚至幾十分鐘。對于大多數應用來說，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方法設置KeepAliveValues，來控制底層TCP的保活機制，比如，設定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);
據我們的經驗，這種設定可以解決一部分問題，但是仍然會有一些連接在斷開后，遠遠超過10秒才被感知掉。所以，這個補救措施還是遠遠不夠的。我們還需要在應用層加入我們自己的TCP連接狀態檢測機制，這種機制就是通常所說的“心跳”。
2."心跳"機制
心跳機制的原理很簡單：客戶端每隔N秒向服務端發送一個心跳消息，服務端收到心跳消息后，回復同樣的心跳消息給客戶端。如果服務端或客戶端在M秒(M>N)內都沒有收到包括心跳消息在內的任何消息，即心跳超時，我們就認為目標TCP連接已經斷開了。
由于不同的應用程序對感知TCP掉線的靈敏度不一樣，所以，N和M的值就可以設定的不一樣。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送心跳消息，如果有幾千個連接同時頻繁地發送心跳消息，那么其所消耗的資源也是不能忽略的。
當然，網絡環境(如延遲的大小)的好壞，也對會對N和M的值的設定產生影響，比如，網絡延遲較大，那么N與M之間的差值也應該越大(比如，M是N的3倍)。否則，可能會產生誤判 -- 即TCP連接沒有斷開，只是因為網絡延遲大才及時沒收到心跳消息，我們卻認為連接已經斷開了。
ESFramework內置了心跳機制，當心跳超時時，服務端會觸發IUserManager的SomeOneTimeOuted事件，來通知我們的應用程序。
在服務器端，UserManager通過ESBasic.Threading.Application.HeartBeatChecker來對心跳進行檢測，而HeartBeatChecker的SurviveSpanInSecs屬性可以用于設置我們所描述的M值。
在客戶端，則通過ESPlus.Application.Basic.Passive.HeartBeater來向服務器定時發送心跳消息，而HeartBeater的DetectSpanInSecs屬性可以用于設置N值。
當我們在使用Rapid引擎時，Rapid引擎已經將心跳機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屬性來間接地設定M和N。
3.必須關閉掉線的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)，都需要關閉對應的TCP連接以釋放系統資源。
ITcpServerEngine接口提供了CloseOneConnection方法以關閉目標連接。
///
/// 主動關閉連接，將觸發SomeOneDisconnected事件。
///
void CloseOneConnection(UserAddress adderss, DisconnectedType disconnectedType);
當普通掉線時，ITcpServerEngine會自動關閉了TCP連接；但是，當心跳超時掉線時，我們需要自己手動關閉對應的連接。幸運的是，ESPlus.Application.Basic空間下的組件會自動幫我們關閉超時掉線的連接。所以，使用Rapid引擎的我們也不用再自己手動關閉超時掉線的TCP連接了。
另外要提醒一點，當TCP連接超時掉線時，使用Rapid引擎的服務端會首先觸發IUserManager的SomeOneTimeOuted事件，接著再觸發IUserManager的SomeOneDisconnected事件(由于ESPlus調用CloseOneConnection方法時觸發)。
4.UDP與"心跳"
前面介紹的都是關于TCP的掉線的問題，下面我們看看UDP。
由于UDP是無連接的協議，所以，當我們在使用ESFramework的UDP引擎的時候，幾乎肯定是需要配備心跳機制的，使用心跳消息確認客戶端還在線，以保證服務端不會過早釋放對應的Session或長期保留已失效的Session。
ESFramework中的心跳機制相關的組件是與協議無關的，所以既可以用于TCP應用，也可用于UDP應用。
在ESFramework 開發手冊(04) －－ 可靠的P2P 一文中介紹的P2P通道如果是基于UDP的，則ESPlus內部也啟動了心跳機制，以保證在基于UDP的P2P通道斷開時，ESPlus能盡快感知，并關閉對應的P2P通道。
5.關閉心跳機制
比如，在LAN中進行通信的分布式系統，由于網絡延遲和意外掉線的幾率微乎其微，所以，可以考慮關閉心跳機制。再比如，當我們斷點調試客戶端程序時，由于斷點時間太久，服務端會判斷為客戶端已經心跳超時掉線了，在這種情況下，也可以關閉心跳機制。那么如何關閉心跳機制了？可以這樣做：
將RapidPassiveEngine的HeartBeatSpanInSecs屬性設置為0。這樣客戶端就不會發送定時的心跳消息了。
將RapidServerEngine的HeartbeatTimeoutInSecs屬性設置為小于等于0。這表示服務端將不再做心跳超時檢查。
【思考】
看到這個需求，直觀上的反應就是在服務端維護一個在線列表。當服務端的監聽器監聽到一個連接，就把該連接對應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，讓客戶端在關閉前發送一個消息到服務端，服務端收到消息后就把客戶端置為離線狀態。但是，在更多情況下，客戶端并不是這么“友好”地關閉的。應用程序崩潰、網絡連接被重置、機器死機等情況下，客戶端來不及發送“離線通知”給服務端就掛掉了。這時，需要有一套機制，能讓服務端和客戶端彼此對對方的在線狀態保持清醒。
【概念】
何謂“心跳”？?心跳就是指“活著”的客戶端或服務端每隔一定的時間就互相發送接收一個消息，告訴對方自己“活著”。當客戶端或服務端超過一定的時間間隔尚未收到對方的“心跳”消息，就認為對方“死了”。這就是“心跳機制”的核心思想。
【設計實現】
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。該線程可以實現每隔指定時間就檢查一次連接狀態，如果發現當前是“離線”狀態，就自動發起向服務端的一次連接。
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“心跳”消息的線程。該線程和服務端進行收發心跳消息。注意每收到服務器發來的消息，應將心跳計數器置零。心跳計數器的含義是已經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器，當發現已經超過指定心跳周期(比如3次)未接收到心跳消息，就認為是離線了，則進行相應的處理。
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?????????}
在服務端，設計思想類似，需要維護一個“在線列表”，并及時和客戶端通信，此處省略代碼。
總結
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容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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