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高效 保活长连接:手把手教你实现 自适应的心跳保活机制

2018-03-28  本文已影响610人  goodgleCoder

前言

目录

1. 长连接 介绍

1.1 简介

示意图
1.2 作用

通过 长时间保持双方连接,从而:

1.3 长连接 与 短连接的区别

2. 长连接断开的原因

下面,我将对每种原因进行分析

原因1:进程被杀死

当进程被杀死后,长连接也会随之断开

原因2:NAT 超时(重点关注)
  1. 即,不需要心跳包来维持

  2. 验证:让2台电脑连上同1个Wifi(其中1台做服务器, 另1台做客户端连接服务器(无设置KeepAlive);只要电脑、路由器不断网断电,那么,2台电脑的长连接是不会自动中断的。

原因3:网络状态发生变化

当移动客户端网络状态发生变化时(如移动网络 & Wifi切换、断开、重连),也会使长连接断开

原因4:其他不可抗因素

如网络状态差、DHCP的租期到期等等,都会使得长连接发生 偶然的断开

DHCP的租期到期:对于 Android系统, DHCP到了租期后不会主动续约 & 继续使用过期IP,,从而导致长连接 断开

3. 高效维持长连接的解决方案

其实,说得简单点:高效维持长连接的关键在于

解决方案1:进程保活

整体概括如下:


解决方案2:心跳保活机制

这是本文的重点,下节开始会详细解析

解决方案3:断线重连机制

4. 心跳保活机制简介

5. 主流心跳机制分析 & 对比

对国、内外主流的移动IM产品(WhatsAppLine、微信)进行了心跳机制的简单分析 & 对比,具体请看下图

6. 心跳机制方案 总体设计

下面,将根据市面上主流的心跳机制,设计 一套心跳机制方案

6.1 基本流程
6.2 设计要点

在下面的方案设计中,将针对这3个问题给出详细的解决方案。

7. 心跳机制方案 详细设计

7.1 心跳包的规格

为了减少流量 & 提高发送效率,需要精简心跳包的设计

7.1.1 设计原则

主要从心跳包的内容 & 大小入手,设计原则具体如下

7.1.2 设计方案

心跳包 = 1个携带少量信息 & 大小在10字节内的信息包

7.2 心跳发送的间隔时间

为了 防止NAT超时 & 减少设备资源的消耗(网络流量、电量、CPU等等),心跳发送的间隔时间 是 整个 心跳机制方案设计的重点。

7.2.1 设计原则

心跳发送间隔时间的设计原则如下

7.2.2 设计方案
a. 最直接 & 常用方案

下面,我将详细讲解 自适应心跳间隔时间 的设计方案

b. 自适应心跳间隔时间 设计方案

1.如何自适应计算心跳间隔 从而使得心跳间隔 接近 当前NAT 超时时间?

答:不断增加心跳间隔时间进行心跳应答测试,直到心跳失败5次后,即可找出最接近 当前NAT 超时时间的心跳间隔时间。具体请看下图:

注:只有当心跳间隔 接近 NAT 超时时间 时,才能最大化平衡 长连接不中断 & 设备资源消耗最低的问题

2.如何检测 当前网络环境的NAT 超时时间 发生了变化 ?

答:当前发送心跳包成功 的最大间隔时间(即最接近NAT超时时间的心跳间隔) 发送失败5次后,则判断当前网络环境的NAT 超时时间 发生了变化。具体请看下图:

注:在检测到 NAT 超时时间 发生变化后,重新自适应计算心跳间隔 从而使得心跳间隔 接近 NAT 超时时间

7.3 断线重连机制

该机制的核心在于, 如何 判断长连接的有效性

即,什么情况下视为 长连接 断线?

7.3.1 设计原则

7.3.2 设计方案

7.3.3 网上流传的方案

在网上流传着一些用于判断长连接是否有效的方案,具体介绍如下

至此,关于心跳保活机制已经讲解完毕。

7.4 总结

示意图

8. 优化 & 完善

8.1 确保当前网络的有效性 & 稳定性再开始长连接
8.2 自适应计算心跳包间隔时间的时机
8.3 总结

9. 额外说明:TCP 协议自带 KeepAlive 的机制 是否 可替代心跳机制

很多人认为,TCP 协议自身就有KeepAlive机制,为何基于它的通讯链接,仍需 在应用层实现额外的心跳保活机制

9.1 回答
9.2 KeepAlive 机制概述

先来看看KeepAlive 机制 是什么

9.3 具体原因

KeepAlive 的机制 不可 替代心跳机制 的具体原因如下:

9.4 特别注意
  1. KeepAlive 机制只是操作系统底层的一个被动机制,不应该被上层应用层使用

    1. 当系统关闭一个由KeepAlive 机制检查出来的死连接时,是不会主动通知上层应用的,只能通过调用相应IO操作的返回值中发现
9.6 结论

KeepAlive机制无法代替心跳机制,需要在应用层 自己实现心跳机制以检测长连接的有效性,从而高效维持长连接

## 10. 总结

原文地址:https://blog.csdn.net/carson_ho/article/details/79522975,转载请注明原创

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