ESFramework 开发手册（07） －－ 掉线与心跳机制（转）

虽然我们前面已经介绍完了ESFramework开发所需掌握的各种基础设施，但是还不够。想要更好地利用ESFramework这一利器，有些背景知识是我们必须要理解的。就像本文介绍的心跳机制，在严峻的Internet条件下，是通信系统中不可或缺的机制之一。 在Internet上采用TCP进行通信的系统，都会遇到一个令人头疼的问题，就是“掉线”。而“TCP掉线”这个问题远比我们通常所能想象的要复杂的多 —— 网络拓扑纷繁复杂、而从始节点A到终节点B之间可能要经过N多的交换机、路由器、防火墙等等硬件设备，每个硬件设备的相关设定也不统一，再加上网络中可能出现的拥塞、延迟等，使得我们在编程时，处理掉线也非常棘手。 一.从程序的角度看待TCP掉线 TCP掉线的原因多种多样、不一而足，比如，客人的电脑突然断电、OS崩溃、路由器重启、网线接触不良、因为P2P下载软件而导致网络资源短缺、Internet网络的不稳定等等，但是从程序的角度来说，我们可以总结为两种情况：程序能立即感知的掉线和程序不能立即感知的掉线。 1. 程序能立即感知的掉线 也就是说客户端一掉线，服务器端的某个读写对应的TCP连接的线程就会抛出异常，这种情况相对容易处理。而ESFramework针对这种情况，会触发IUserManager的SomeOneDisconnected事件，来通知我们的应用程序。       ///<summary>   /// 客户端连接被关闭时，将触发此事件。不要远程预定该事件。   ///</summary>   event CbGeneric<UserData ,DisconnectedType> SomeOneDisconnected;  2. 程序不能立即感知的掉线 我们都知道，TCP连接的建立，需要经过三次握手；而TCP连接的断开，需要经过四次挥手。掉线通常没什么大不了的，掉就掉了呗，只要四次挥手顺利完成后，服务器和客户端分别做一些善后处理就可以。

麻烦的事情在于，连接在没有机会完成4次挥手时已经断开了（比如当客人的电脑系统死机，或客人电脑与服务器之间的某处物理网线断开），而服务端以为客户端还正常在线，而客户端也自以为还正常在线。这种程序对现实状态的错误判断有可能引发诸多悲剧。比如，在此情况下，客户端发一个指令给服务器，服务器因为没有收到而一直处于等待指令的状态；而客户端了，以为服务器已经收到了，也就一直处于等待服务端回复的状态。如果程序的其它部分需要依据当前的状态来做后续的操作，那就可能会出问题，因为程序对当前连接状态的判断是错误的。

毫无疑问，这种对连接状态错误的判断所持续的时间越久，带来可能的危害就越大。当然，如果我们不做任何额外的处理措施，服务器到最后也能感受到客户端的掉线，但是，这个时间可能已经过去了几分钟甚至几十分钟。对于大多数应用来说，这是不可忍受的。 所以，针对这种不能立即感知掉线的情况，我们要做的补救措施，就是帮助程序尽快地获知tcp连接已断开的信息。

首先，我们可以在Socket上通过Socket.IOControl方法设置KeepAliveValues，来控制底层TCP的保活机制，比如，设定2秒钟检测一次，超过10秒检测失败时抛出异常。  byte[] inOptionValues = FillKeepAliveStruct(1, 10000, 2000); socket.IOControl(IOControlCode.KeepAliveValues, inOptionValues, null);

ESFramework底层已经进行了如此处理。据我们的经验，这种设定可以解决一部分问题，但是仍然会有一些连接在断开后，远远超过10秒才被感知掉。所以，这个补救措施还是远远不够的。我们还需要在应用层加入我们自己的TCP连接状态检测机制，这种机制就是通常所说的“心跳”。 二."心跳"机制 心跳机制的原理很简单：客户端每隔N秒向服务端发送一个心跳消息，服务端收到心跳消息后，回复同样的心跳消息给客户端。如果服务端或客户端在M秒（M>N）内都没有收到包括心跳消息在内的任何消息，即心跳超时，我们就认为目标TCP连接已经断开了。

由于不同的应用程序对感知TCP掉线的灵敏度不一样，所以，N和M的值就可以设定的不一样。灵敏度要求越高，N和M就要越小；灵敏度要求越低，N和M就可以越大。而要求灵敏度越高，也是有代价的，那就是需要更频繁地发送心跳消息，如果有几千个连接同时频繁地发送心跳消息，那么其所消耗的资源也是不能忽略的。

当然，网络环境（如延迟的大小）的好坏，也对会对N和M的值的设定产生影响，比如，网络延迟较大，那么N与M之间的差值也应该越大（比如，M是N的3倍）。否则，可能会产生误判 -- 即TCP连接没有断开，只是因为网络延迟大才及时没收到心跳消息，我们却认为连接已经断开了。 ESFramework内置了心跳机制： 在服务端，可通过IRapidServerEngine的HeartbeatTimeoutInSecs属性来设置上面描述的M值。 在客户端，则通过IRapidPassiveEngine的HeartBeatSpanInSecs属性设置N值。 当心跳超时时，服务端会触发IUserManager的SomeOneTimeOuted事件，来通知我们的应用程序。     三.必须关闭掉线的TCP连接

无论是普通掉线（立即感知）还是心跳超时掉线（非立即感知），都需要关闭对应的TCP连接以释放系统资源。ESFramework将会自动帮我们关闭掉线的TCP连接。 另外要提醒一点，当TCP连接超时掉线时，服务端会引擎首先会触发IUserManager的SomeOneTimeOuted事件，接着再触发IUserManager的SomeOneDisconnected事件。 四.UDP与"心跳"

前面介绍的都是关于TCP的掉线的问题，下面我们看看UDP。 由于UDP是无连接的协议，所以，当我们在使用ESFramework的UDP引擎的时候，几乎肯定是需要配备心跳机制的，使用心跳消息确认客户端还在线，以保证服务端不会过早释放对应的Session或长期保留已失效的Session。      在ESFramework 开发手册（04） －－ 可靠的P2P 一文中介绍的P2P通道如果是基于UDP的，则ESPlus内部也启动了心跳机制，以保证在基于UDP的P2P通道断开时，ESPlus能尽快感知，并关闭对应的P2P通道。 五.关闭心跳机制 比如，在LAN中进行通信的分布式系统，由于网络延迟和意外掉线的几率微乎其微，所以，可以考虑关闭心跳机制。再比如，当我们断点调试客户端程序时，由于断点时间太久，服务端会判断为客户端已经心跳超时掉线了，在这种情况下，也可以关闭心跳机制。那么如何关闭心跳机制了？可以这样做： 将IRapidPassiveEngine的HeartBeatSpanInSecs属性设置为0。这样客户端就不会发送定时的心跳消息了。 将IRapidServerEngine的HeartbeatTimeoutInSecs属性设置为小于等于0。这表示服务端将不再做心跳超时检查。

六.客户端如何快速感知自己掉线？ 在某些客户端电脑上，比如拔掉网线，或断开wifi，程序可能需要几秒到几分钟才能感知到自己掉线，不同的电脑这个感受的时间不一样。那么如何才能让客户端尽可能快地得到掉线通知了？
可以利用socket写超时的机制，像下面这样做：
（1）将Socket发送缓冲区的大小设置为0。       对应IRapidPassiveEngine的Advanced属性的WriteTimeoutInSecs属性。
（2）设置写超时为一个较小的值，如30秒。      对应IRapidPassiveEngine的Advanced属性的SocketSendBuffSize属性。
这样，结合上面的心跳发送机制（如每隔5秒发送一个心跳），则当网络断开后，在发送心跳消息，最多再过30秒，程序就会得到掉线通知了。

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