TCP长连接的一些事儿

1、TCP的特点以及与应用

       TCP提供一种面向连接的、可靠的字节流服务。面向连接意味着两个使用TCP的应用(通常是一个客户和一个服务器)在彼此交换数据包之前必须先建立一个TCP连接。TCP建立连接需要经过三次握手，首先，客户端发送一段报文给服务器，表示我要连你，服务器收到报文后马上回复客户端，同意或者不同意你连我，最后客户端再发送一段报文给服务器表示确认要连接，经过这三次握手，客户端才能最终连接上服务器。TCP主要有这几个特点：TCP是面向连接的传输层协议；每个TCP连接只能有两个端点，而且只能是一对一通信，不能一点对多点直接通信；数据以字节流的方式传输；传输的数据无消息边界；TCP通过丢包重传、滑动窗口、数据排序、拥塞控制等机制来保证传输数据的可靠性。

       一般，强联网类型的游戏都使用TCP，当然，有些对实时性要求很高的游戏也会将TCP与UDP配合使用，比如王者荣耀这类MOBA游戏，在实时战斗中会使用可靠UDP协议，来保证游戏数据的高效传输，弱联网类型的一般使用HTTP，HTTP为短链接，它基于TCP协议，当完成一次通讯就会马上断开连接。

 

2、如何维护一个长连接

       在游戏过程中，玩家所处的网络环境是复杂多变的，有时因为糟糕的网络问题，会出现客户端掉线、延迟、丢包等问题，网络状况不好时UDP会丢包严重，TCP虽然是可靠，但也会在ip层丢包，只不过由于TCP的重传机制，能保证数据能传输到远程终端，但也会造成延迟。那么如何维护好一个长连接呢？那就是做好断线重连机制。

什么时候触发断线重连？

        第一种判断方法：在网络糟糕的情况下，在客户端进行网络操作时经常会显示的抛出异常，比如NetworkException、Timeout等，这种情况下，就说明客户端已经无法与服务器通讯，这时就需要客户端主动发起对服务器连接。

        第二种判断方法：使用心跳检测，可以服务器定时发心跳包给客户端，也可以客户端定时发心跳包给服务器，我认为最稳妥的应该是客户端发送心跳包给服务器，服务器收到后再回复一条确认收到的消息给客户端，心跳包只需简单设计就好，一般只包含消息头，不含消息体。当超过规定时间T没有收到心跳返回包时，就触发断线重连。

        第三种判断方法：使用Keepalive，keepalive是在TCP中一个可以检测死连接的机制，是由TCP协议层实现的，具体使用方法我暂时也没去了解~

        第四种判断方法：当手机客户端切回后台后一定时间又返回游戏，或者网络连接从wifi切到4G等情况下，可以主动触发一次重连操作。

断线重连的大致流程：        

3、如何处理粘包分包问题

       使用TCP协议做网络模块开发时，由于TCP本身的机制，如果发送的数据很小，那么会自动把一些小的数据合并在一起发送出去，但是接收端就没办法理解数据包并自行分开它，这就是粘包现象；而当一次发送的数据又过长的时候，TCP就会把该数据分成几部分发送出去，每次接收方就只会接受部分的数据，这就是分包现象。由于粘包和分包现象是在传输层发生的，我们只能在应用层想办法解决，处理粘包和分包有很多方法，这里介绍几种常见的方法：

       第一种方法是在每个数据包前面加上该数据包的长度，作为该数据包的包头，当收到消息包时，先读取消息包头，得到消息包的长度，再根据这个长度去读取对应长度的字节，这样就能很好的解决粘包分包的问题。

       第二种方法是在每个消息包的头部或尾部加上一个标识符，这个标识符不能是常用的字符，比如可以使用‘￥’这类平时不会出现在消息体中的字符，将它作为消息包界限，接收端在收到消息后就能根据这个界限方便的去做处理。

       第三种方法是如果使用的是JSON这类字符串做传输，可以根据消息包的首尾字符，通过判断首尾‘{’和‘}’来组成一个完整的消息包。

 

4、使用TCP还是UDP

       众所周知，C/S架构中，TCP使用广泛，UDP同样也有不少用武之地，先看一下UDP与TCP相比的区别：首先，UDP速度比TCP快，因为UDP不需要先与对方建立连接，也没有传输确认这一步骤，因此其速度会快不少；UDP一次性发送一个消息包，不需要考虑消息边界的问题；UDP可以使用广播或者组播的方式进行一对多传输；UDP由于没有可靠的消息传输机制，它的可靠性不如TCP，也不能保证有序传输。

       游戏往往对数据的可靠性传输要求很高，似乎看起来只能使用TCP，然而，很多游戏对客户端数据同步要求特别高，比如英雄联盟和王者荣耀，使用TCP来传输实时战斗数据是行不通的，那还是只能在UDP上想办法 ，通过对UDP进行一层可靠性封装，可以使UDP同样具有类似TCP传输可靠有序的特点。英雄联盟开发时使用的是Enet，ENet提供一个相对简单的以及稳健的位于UDP顶部的网络通信层。其提供的主要功能是可选的可靠按顺序的传送数据包。王者荣耀使用的似乎是KCP，KCP是一个快速可靠协议，它主要的设计目的是为了解决在网络拥堵的情况下TCP协议网络速度慢的问题，增大网络传输速率，但相当于TCP而言，会相应的牺牲一部分带宽。KCP没有规定下层传输协议，一般用UDP作为下层传输协议。提供类似这种可靠UDP服务的还有UDT等，在GitHub上可以找到不少这类项目。

 

5、使用哪种网络传输数据格式

       在做客户端服务器通讯前，要选择一种网络传输数据格式，在做选择时，都需要考虑几点：第一是数据大小，这关系到占用带宽和传输效率，应该尽量不要有多余的数据；第二点是可拓展性、可维护性，必须支持序列化及反序列化消息中用到的数据结构；第三点是数据安全性，有些数据是敏感数据，需要进行加密处理；第四点是是否跨平台支持；第五点是消息可读性，这点不重要，但消息可读性高的话，调试时方便。

       游戏开发中，主要的网络传输数据格式有Json、Xml、Protobuf，以及自定义二进制数据包，在很多时候，我们都使用Json和Xml，因为使用简单，可读性高，调试方便，但它们属于文本，占用空间稍大，显得有些臃肿。自定义二进制数据格式虽然体积小，传输高效，但致命的缺点是可扩展性差，在编写和解析数据包时很容易出错，而且当需要编写一些数据结构时会比较麻烦，因此这种方式只适合小项目。Protobuf是一种轻便高效的结构化数据存储格式，Protobuf可用于通讯协议、数据存储等领域的语言无关、平台无关、可扩展的序列化结构数据格式，目前提供了C++、Java、Python、C#等多种语言的API，很适合用于网络游戏的消息结构体定义上。相对于XML文件和Json文件，它的性能更好，效率更高。

 

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