C# 实现Scoket心跳机制的方法
TCP网络长连接
手机能够使用联网功能是因为手机底层实现了TCP/IP协议,可以使手机终端通过无线网络建立TCP连接。TCP协议可以对上层网络提供接口,使上层网络数据的传输建立在“无差别”的网络之上。
建立起一个TCP连接需要经过“三次握手”:
第一次握手:客户端发送syn包(syn=j)到服务器,并进入SYN_SEND状态,等待服务器确认;
第二次握手:服务器收到syn包,必须确认客户的SYN(ack=j+1),同时自己也发送一个SYN包(syn=k),即SYN+ACK包,此时服务器进入SYN_RECV状态;
第三次握手:客户端收到服务器的SYN+ACK包,向服务器发送确认包ACK(ack=k+1),此包发送完毕,客户端和服务器进入ESTABLISHED状态,完成三次握手。
握手过程中传送的包里不包含数据,三次握手完毕后,客户端与服务器才正式开始传送数据。理想状态下,TCP连接一旦建立,在通信双方中的任何一方主动关闭连接之前,TCP 连接都将被一直保持下去。断开连接时服务器和客户端均可以主动发起断开TCP连接的请求,断开过程需要经过“四次握手”(过程就不细写了,就是服务器和客户端交互,最终确定断开)
什么是心跳
刚才说到长连接建立连接后,理想状态下是不会断开的,但是由于网络问题,可能导致一方断开后,另一方仍然在发送数据,或者有些客户端长时间不发送消息,服务器还维持这他的客户端不必要的引用,增加了服务器的负荷。因此我们引入了心跳机制。
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。
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。
怎么发送心跳?
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
C#实现的一个简单的心跳
using System; using System.Collections.Generic; using System.Threading; namespace ConsoleApplication1 { // 客户端离线委托 public delegate void ClientOfflineHandler(ClientInfo client); // 客户端上线委托 public delegate void ClientOnlineHandler(ClientInfo client); public class Program { /// <summary> /// 客户端离线提示 /// </summary> /// <param name="clientInfo"></param> private static void ClientOffline(ClientInfo clientInfo) { Console.WriteLine(String.Format("客户端{0}离线,离线时间:\t{1}", clientInfo.ClientID, clientInfo.LastHeartbeatTime)); } /// <summary> /// 客户端上线提示 /// </summary> /// <param name="clientInfo"></param> private static void ClientOnline(ClientInfo clientInfo) { Console.WriteLine(String.Format("客户端{0}上线,上线时间:\t{1}", clientInfo.ClientID, clientInfo.LastHeartbeatTime)); } static void Main() { // 服务端 Server server = new Server(); // 服务端离线事件 server.OnClientOffline += ClientOffline; // 服务器上线事件 server.OnClientOnline += ClientOnline; // 开启服务器 server.Start(); // 模拟100个客户端 Dictionary<Int32, Client> dicClient = new Dictionary<Int32, Client>(); for (Int32 i = 0; i < 100; i++) { // 这里传入server只是为了方便而已 Client client = new Client(i + 1, server); dicClient.Add(i + 1, client); // 开启客户端 client.Start(); } System.Threading.Thread.Sleep(1000); while (true) { Console.WriteLine("请输入要离线的ClientID,输入0则退出程序:"); String clientID = Console.ReadLine(); if (!String.IsNullOrEmpty(clientID)) { Int32 iClientID = 0; Int32.TryParse(clientID, out iClientID); if (iClientID > 0) { Client client; if (dicClient.TryGetValue(iClientID, out client)) { // 客户端离线 client.Offline = true; } } else { return; } } } } } /// <summary> /// 服务端 /// </summary> public class Server { public event ClientOfflineHandler OnClientOffline; public event ClientOnlineHandler OnClientOnline; private Dictionary<Int32, ClientInfo> _DicClient; /// <summary> /// 构造函数 /// </summary> public Server() { _DicClient = new Dictionary<Int32, ClientInfo>(100); } /// <summary> /// 开启服务端 /// </summary> public void Start() { // 开启扫描离线线程 Thread t = new Thread(new ThreadStart(ScanOffline)); t.IsBackground = true; t.Start(); } /// <summary> /// 扫描离线 /// </summary> private void ScanOffline() { while (true) { // 一秒扫描一次 System.Threading.Thread.Sleep(1000); lock (_DicClient) { foreach (Int32 clientID in _DicClient.Keys) { ClientInfo clientInfo = _DicClient[clientID]; // 如果已经离线则不用管 if (!clientInfo.State) { continue; } // 判断最后心跳时间是否大于3秒 TimeSpan sp = System.DateTime.Now - clientInfo.LastHeartbeatTime; if (sp.Seconds >= 3) { // 离线,触发离线事件 if (OnClientOffline != null) { OnClientOffline(clientInfo); } // 修改状态 clientInfo.State = false; } } } } } /// <summary> /// 接收心跳包 /// </summary> /// <param name="clientID">客户端ID</param> public void ReceiveHeartbeat(Int32 clientID) { lock (_DicClient) { ClientInfo clientInfo; if (_DicClient.TryGetValue(clientID, out clientInfo)) { // 如果客户端已经上线,则更新最后心跳时间 clientInfo.LastHeartbeatTime = System.DateTime.Now; } else { // 客户端不存在,则认为是新上线的 clientInfo = new ClientInfo(); clientInfo.ClientID = clientID; clientInfo.LastHeartbeatTime = System.DateTime.Now; clientInfo.State = true; _DicClient.Add(clientID, clientInfo); // 触发上线事件 if (OnClientOnline != null) { OnClientOnline(clientInfo); } } } } } /// <summary> /// 客户端 /// </summary> public class Client { public Server Server; public Int32 ClientID; public Boolean Offline; /// <summary> /// 构造函数 /// </summary> /// <param name="clientID"></param> /// <param name="server"></param> public Client(Int32 clientID, Server server) { ClientID = clientID; Server = server; Offline = false; } /// <summary> /// 开启客户端 /// </summary> public void Start() { // 开启心跳线程 Thread t = new Thread(new ThreadStart(Heartbeat)); t.IsBackground = true; t.Start(); } /// <summary> /// 向服务器发送心跳包 /// </summary> private void Heartbeat() { while (!Offline) { // 向服务端发送心跳包 Server.ReceiveHeartbeat(ClientID); System.Threading.Thread.Sleep(1000); } } } /// <summary> /// 客户端信息 /// </summary> public class ClientInfo { // 客户端ID public Int32 ClientID; // 最后心跳时间 public DateTime LastHeartbeatTime; // 状态 public Boolean State; } }
以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持脚本之家。
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