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什么是TCP心跳机制

发布时间:2020-07-20浏览:2238

很多应用层协议都有HeartBeat机制,通常是客户端每隔一小段时间向服务器发送一个数据包,通知服务器自己仍然在线,并传输一些可能必要的数据。使用心跳包的典型协议是IM,比如QQ/MSN/飞信等协议。


心跳包之所以叫心跳包是因为:它像心跳一样每隔固定时间发一次,以此来告诉服务器,这个客户端还活着。事实上这是为了保持长连接,至于这个包的内容,是没有什么特别规定的,不过一般都是很小的包,或者只包含包头的一个空包。


TCP的机制里面,本身是存在有心跳包的机制的,也就是TCP的选项:SO_KEEPALIVE。系统默认是设置的2小时的心跳频率。但是它检查不到机器断电、网线拔出、防火墙这些断线。而且逻辑层处理断线可能也不是那么好处理。一般,如果只是用于保活还是可以的。


心跳包一般来说都是在逻辑层发送空的echo包来实现的。下一个定时器,在一定时间间隔下发送一个空包给客户端,然后客户端反馈一个同样的空包回来,服务器如果在一定时间内收不到客户端发送过来的反馈包,那就只有认定说掉线了。


其实,要判定掉线,只需要send或者recv一下,如果结果为零,则为掉线。但是,在长连接下,有可能很长一段时间都没有数据往来。理论上说,这个连接是一直保持连接的,但是实际情况中,如果中间节点出现什么故障是难以知道的。更要命的是,有的节点(防火墙)会自动把一定时间之内没有数据交互的连接给断掉。在这个时候,就需要我们的心跳包了,用于维持长连接,保活。


在获知了断线之后,服务器逻辑可能需要做一些事情,比如断线后的数据清理呀,重新连接呀……当然,这个自然是要由逻辑层根据需求去做了。


总的来说,心跳包主要也就是用于长连接的保活和断线处理。一般的应用下,判定时间在30-40秒比较不错。如果实在要求高,那就在6-9秒。


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心跳包的发送,通常有两种技术


方法1:应用层自己实现的心跳包 


     由应用程序自己发送心跳包来检测连接是否正常,大致的方法是:服务器在一个 Timer事件中定时 向客户端发送一个短小精悍的数据包,然后启动一个低级别的线程,在该线程中不断检测客户端的回应, 如果在一定时间内没有收到客户端的回应,即认为客户端已经掉线;同样,如果客户端在一定时间内没 有收到服务器的心跳包,则认为连接不可用。




    方法2:TCP的KeepAlive保活机制


    因为要考虑到一个服务器通常会连接多个客户端,因此由用户在应用层自己实现心跳包,代码较多 且稍显复杂,而利用TCP/IP协议层为内置的KeepAlive功能来实现心跳功能则简单得多。 不论是服务端还是客户端,一方开启KeepAlive功能后,就会自动在规定时间内向对方发送心跳包, 而另一方在收到心跳包后就会自动回复,以告诉对方我仍然在线。 因为开启KeepAlive功能需要消耗额外的宽带和流量,所以TCP协议层默认并不开启KeepAlive功 能,尽管这微不足道,但在按流量计费的环境下增加了费用,另一方面,KeepAlive设置不合理时可能会 因为短暂的网络波动而断开健康的TCP连接。并且,默认的KeepAlive超时需要7,200,000 MilliSeconds, 即2小时,探测次数为5次。对于很多服务端应用程序来说,2小时的空闲时间太长。


因此,我们需要手工开启KeepAlive功能并设置合理的KeepAlive参数。 心跳检测步骤:


   1客户端每隔一个时间间隔发生一个探测包给服务器
   2客户端发包时启动一个超时定时器
   3服务器端接收到检测包,应该回应一个包
   4如果客户机收到服务器的应答包,则说明服务器正常,删除超时定时器
   5如果客户端的超时定时器超时,依然没有收到应答包,则说明服务器挂了


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