C#之實現Scoket心跳機制
TCP網路長連線
手機能夠使用聯網功能是因為手機底層實現了TCP/IP協議，可以使手機終端通過無線網路建立TCP連線。TCP協議可以對上層網路提供介面，使上層網路資料的傳輸建立在“無差別”的網路之上。
建立起一個TCP連線需要經過“三次握手”：
第一次握手：客戶端傳送syn包(syn=j)到伺服器，並進入SYN_SEND狀態，等待伺服器確認；
第二次握手：伺服器收到syn包，必須確認客戶的SYN（ack=j+1），同時自己也傳送一個SYN包（syn=k），即SYN+ACK包，此時伺服器進入SYN_RECV狀態；
第三次握手：客戶端收到伺服器的SYN＋ACK包，向伺服器傳送確認包ACK(ack=k+1)，此包傳送完畢，客戶端和伺服器進入ESTABLISHED狀態，完成三次握手。
握手過程中傳送的包裡不包含資料，三次握手完畢後，客戶端與伺服器才正式開始傳送資料。理想狀態下，TCP連線一旦建立，在通訊雙方中的任何一方主動關閉連線之前，TCP 連線都將被一直保持下去。斷開連線時伺服器和客戶端均可以主動發起斷開TCP連線的請求，斷開過程需要經過“四次握手”（過程就不細寫了，就是伺服器和客戶端互動，最終確定斷開）
什麼是心跳
剛才說到長連線建立連線後，理想狀態下是不會斷開的，但是由於網路問題，可能導致一方斷開後，另一方仍然在傳送資料，或者有些客戶端長時間不傳送訊息，伺服器還維持這他的客戶端不必要的引用，增加了伺服器的負荷。因此我們引入了心跳機制。
心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。
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。
怎麼傳送心跳？
心跳包的傳送，通常有兩種技術
方法1：應用層自己實現的心跳包
由應用程式自己傳送心跳包來檢測連線是否正常，大致的方法是：伺服器在一個 Timer事件中定時 向客戶端傳送一個短小精悍的資料包，然後啟動一個低級別的執行緒，在該執行緒中不斷檢測客戶端的迴應， 如果在一定時間內沒有收到客戶端的迴應，即認為客戶端已經掉線；同樣，如果客戶端在一定時間內沒 有收到伺服器的心跳包，則認為連線不可用。
方法2：TCP的KeepAlive保活機制
因為要考慮到一個伺服器通常會連線多個客戶端，因此由使用者在應用層自己實現心跳包，程式碼較多 且稍顯複雜，而利用TCP／IP協議層為內建的KeepAlive功能來實現心跳功能則簡單得多。 不論是服務端還是客戶端，一方開啟KeepAlive功能後，就會自動在規定時間內向對方傳送心跳包， 而另一方在收到心跳包後就會自動回覆，以告訴對方我仍然線上。 因為開啟KeepAlive功能需要消耗額外的寬頻和流量，所以TCP協議層預設並不開啟KeepAlive功 能，儘管這微不足道，但在按流量計費的環境下增加了費用，另一方面，KeepAlive設定不合理時可能會 因為短暫的網路波動而斷開健康的TCP連線。並且，預設的KeepAlive超時需要7,200，000 MilliSeconds， 即2小時，探測次數為5次。對於很多服務端應用程式來說，2小時的空閒時間太長。因此，我們需要手工開啟KeepAlive功能並設定合理的KeepAlive引數。
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
C#實現的一個簡單的心跳
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Threading;
namespace ConsoleApplication1
{
// 客戶端離線委託
public delegate void ClientOfflineHandler(ClientInfo client);
// 客戶端上線委託
public delegate void ClientOnlineHandler(ClientInfo client);
public class Program
{
/// <summary>
/// 客戶端離線提示
/// </summary>
/// <param name="clientInfo"></param>
private static void ClientOffline(ClientInfo clientInfo)
{
Console.WriteLine(String.Format("客戶端{0}離線，離線時間：\t{1}", clientInfo.ClientID, clientInfo.LastHeartbeatTime));
}
/// <summary>
/// 客戶端上線提示
/// </summary>
/// <param name="clientInfo"></param>
private static void ClientOnline(ClientInfo clientInfo)
{
Console.WriteLine(String.Format("客戶端{0}上線，上線時間：\t{1}", clientInfo.ClientID, clientInfo.LastHeartbeatTime));
}
static void Main()
{
// 服務端
Server server = new Server();
// 服務端離線事件
server.OnClientOffline += ClientOffline;
// 伺服器上線事件
server.OnClientOnline += ClientOnline;
// 開啟伺服器
server.Start();
// 模擬100個客戶端
Dictionary<Int32, Client> dicClient = new Dictionary<Int32, Client>();
for (Int32 i = 0; i < 100; i++)
{
// 這裡傳入server只是為了方便而已
Client client = new Client(i + 1, server);
dicClient.Add(i + 1, client);
// 開啟客戶端
client.Start();
}
System.Threading.Thread.Sleep(1000);
while (true)
{
Console.WriteLine("請輸入要離線的ClientID,輸入0則退出程式:");
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))
{
// 客戶端離線
client.Offline = true;
}
}
else
{
return;
}
}
}
}
}
/// <summary>
/// 服務端
/// </summary>
public class Server
{
public event ClientOfflineHandler OnClientOffline;
public event ClientOnlineHandler OnClientOnline;
private Dictionary<Int32, ClientInfo> _DicClient;
/// <summary>
/// 建構函式
/// </summary>
public Server()
{
_DicClient = new Dictionary<Int32, ClientInfo>(100);
}
/// <summary>
/// 開啟服務端
/// </summary>
public void Start()
{
// 開啟掃描離線執行緒
Thread t = new Thread(new ThreadStart(ScanOffline));
t.IsBackground = true;
t.Start();
}
/// <summary>
/// 掃描離線
/// </summary>
private void ScanOffline()
{
while (true)
{
// 一秒掃描一次
System.Threading.Thread.Sleep(1000);
lock (_DicClient)
{
foreach (Int32 clientID in _DicClient.Keys)
{
ClientInfo clientInfo = _DicClient[clientID];
// 如果已經離線則不用管
if (!clientInfo.State)
{
continue;
}
// 判斷最後心跳時間是否大於3秒
TimeSpan sp = System.DateTime.Now - clientInfo.LastHeartbeatTime;
if (sp.Seconds >= 3)
{
// 離線，觸發離線事件
if (OnClientOffline != null)
{
OnClientOffline(clientInfo);
}
// 修改狀態
clientInfo.State = false;
}
}
}
}
}
/// <summary>
/// 接收心跳包
/// </summary>
/// <param name="clientID">客戶端ID</param>
public void ReceiveHeartbeat(Int32 clientID)
{
lock (_DicClient)
{
ClientInfo clientInfo;
if (_DicClient.TryGetValue(clientID, out clientInfo))
{
// 如果客戶端已經上線，則更新最後心跳時間
clientInfo.LastHeartbeatTime = System.DateTime.Now;
}
else
{
// 客戶端不存在，則認為是新上線的
clientInfo = new ClientInfo();
clientInfo.ClientID = clientID;
clientInfo.LastHeartbeatTime = System.DateTime.Now;
clientInfo.State = true;
_DicClient.Add(clientID, clientInfo);
// 觸發上線事件
if (OnClientOnline != null)
{
OnClientOnline(clientInfo);
}
}
}
}
}
/// <summary>
/// 客戶端
/// </summary>
public class Client
{
public Server Server;
public Int32 ClientID;
public Boolean Offline;
/// <summary>
/// 建構函式
/// </summary>
/// <param name="clientID"></param>
/// <param name="server"></param>
public Client(Int32 clientID, Server server)
{
ClientID = clientID;
Server = server;
Offline = false;
}
/// <summary>
/// 開啟客戶端
/// </summary>
public void Start()
{
// 開啟心跳執行緒
Thread t = new Thread(new ThreadStart(Heartbeat));
t.IsBackground = true;
t.Start();
}
/// <summary>
/// 向伺服器傳送心跳包
/// </summary>
private void Heartbeat()
{
while (!Offline)
{
// 向服務端傳送心跳包
Server.ReceiveHeartbeat(ClientID);
System.Threading.Thread.Sleep(1000);
}
}
}
/// <summary>
/// 客戶端資訊
/// </summary>
public class ClientInfo
{
// 客戶端ID
public Int32 ClientID;
// 最後心跳時間
public DateTime LastHeartbeatTime;
// 狀態
public Boolean State;
}
}
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作者：PassionY
來源：CSDN
原文：https://blog.csdn.net/yupu56/article/details/72356700
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