C#之实现Scoket心跳机制

标签： Unity C#TCP Socket 心跳

2017-05-17 09:58 1716人阅读评论(0) 收藏举报

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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;
}
}