TCP长链接、短链接（心跳检测）

前言：

上午发现一个神仙博客！写的东西很深刻，通俗易懂，转载一下吧~ react

转载自：blog.csdn.net/qq_41453285…git

感谢~github

1、TCP链接的相关说明

①使用TCP协议时，会在客户端和服务器之间创建一条虚拟的信道，这条虚拟信道就是指链接，而建议这条链接须要3次握手，拆毁这条链接须要4次挥手，可见，咱们创建这条链接是有成本的，这个成本就是效率成本，简单点说就是时间成本，你要想发送一段数据，必须先3次握手（来往3个包），而后才能发送数据，发送完了，你须要4次挥手（来往4个包）来断开这个链接
**②CPU资源成本，**三次握手和4次挥手和发送数据都是从网卡里发送出去和接收的，还有其他的设备，好比防火墙，路由器等等，站在操做系统内核的角度来说，若是咱们是一个高并发系统的话，若是大量的数据包都经历过这么一个过程，那是很耗CPU的。
**③每一个socket是须要耗费系统缓存的，**好比系统提供了一些接口设置socket缓存的，好比：
- /proc/sys/net/ipv4/tcp_rmem
- /proc/sys/net/ipv4/tcp_wmem
- /proc/sys/net/ipv4/tcp_mem

由于TCP的可靠传输，因此咱们有大量的应用程序使用TCP协议做为通讯，可是每一个应用由于产品功能的缘由，对TCP的使用是不同的，好比即时聊天系统（微信，钉钉，探探）

2、TCP长链接、TCP短链接

TCP短链接

**概念：**以下图所示，客户端与服务器创建链接开始通讯，一次/指定次数通讯结束以后就断开本次TCP链接，当下次再次通讯时，再次创建TCP的连接

**优势：**不长期占用服务器的内存，那么服务器能处理的链接数量是比较多的

缺点：

由于等到要发送数据或者获取资源时，才去请求创建链接发送数据，不然就是端开链接的，那么**若是服务器要想往客户端发送数据时怎么办？**凉伴，没有任何办法，或者要等到下一次要请求数据时，才发送，好比咱们采用轮询（30秒或者更长）拉取消息，那么服务器与客户端通讯的实时性就丧失了

客户端采用轮询来实时获取信息，或者说大量的客户端使用短链接的方式通讯，那么就浪费了大量的CPU和带宽资源用于创建连接和释放链接，存在资源浪费，甚至是没法创建链接。好比经典的http长轮询（微信网页客户端端）

TCP长链接

**概念：**以下图所示，TCP与服务器创建链接以后一直处于链接状态，直到最后再也不须要服务的时候才断开链接

优势：

传输数据快

服务器可以主动第一时间传输数据到客户端

缺点：

由于客户端与服务器一直保持这种链接，那么在高并发分布式集群系统中客户端数量会愈来愈多，占用不少的系统资源

TCP自己是一种有状态的数据，在高并发分布式系统会致使后台设计比较难作

3、TCP的keepalive机制（保活机制）

“TCP保活机制”详情参阅：blog.csdn.net/qq_41453285…
TCP实现了一种保活机制，主要的设计初衷是：
- 客户端和服务器须要了解何时终止进程或者与对方断开链接
- 而在另一些状况下，虽然应用进程之间没有任何数据交换，但仍然须要经过链接保持一个最小的数据流，会很是消耗资源。保活机制可用来检测对方并在适时关闭链接
**主要的工做原理就是：**探测方会在本身一端设计一个计时器，当计时器被触发以后，向对方发送一个探测报文。若是对端给本身回送一个ACK，那么就表明对方仍存活；若是在指定的时间内没有给本身回送ACK，那么就确认对方已经断开链接，从而断开本次TCP链接

Linux的相关内核参数

**tcp_keepalive_time：**单位秒，表示发送探测报文以前的连接空闲时间，默认为7200

**tcp_keepalive_intvl：**单位秒，表示两次探测报文发送的时间间隔，默认为75

**tcp_keepalive_probes：**表示探测的次数，默认为9

Posix套接字选项

上面介绍的三个内核参数，在Linux编程中有对应的socket选项可使用编程

关于setsockopt()可参阅：blog.csdn.net/qq_41453285…缓存

int keepalive_time = 30;setsockopt(incomingsock, IPPROTO_TCP,TCP_KEEPIDLE,(void*)(&keepalive_time)，(socklen_t)sizeof(keepalive_time)); int keepalive_intvl = 3;setsockopt(incomingsock, IPPROTO_TCP,TCP_KEEPINTVL,(void*)(&keepalive_intvl),(socklen_t)sizeof(keepalive_intvl)); int keepalive_probes= 3;setsockopt(incomingsock, IPPROTO_TCP,TCP_KEEPCNT,(void*)(&keepalive_probes),(socklen_t)sizeof(keepalive_probes));服务器

4、TCP长链接设计

为何须要长链接

**服务器要主动发消息给客户端：**若是没有一个链接存在的话，服务器是永远不能主动地找到客户端的，那也就没有办法及时发送消息给客户端

**客户端和服务器间频繁地通讯：**若是是短链接，每次都须要创建链接才能发送消息，若是并发量稍高，可能就会出现大量的TIME_WAIT状态的socket出现，也即后续创建不了链接

**业务须要，好比客户端掉线时服务器须要作一些处理：**好比清空他的缓存或者其它资源或者其它业务含义，好比QQ头像显示离线

TCP长链接设计时须要考虑到的问题

**默认的tcp keep-alive超时时间太长：**默认是7200秒，也就是2个小时，固然是能够修改的

**socket proxy会让tcp keep-alive失效：**全部的proxy应用只能转发TCP的应用数据，作不到转发TCP协议内部的包

**移动网络须要信令保活：**对于手机等智能终端来说，他们使用移动网络来上网的，而运营商们为了节约信道资源，会尝试关闭超过60秒或者 45秒的没有发送数据的socket

下面用心跳检测机制来解决这些问题

5、心跳检测

心跳检测就是用户在应用层本身实现的一种机制，用来模仿TCP的keepalive机制，在指定的时间内会向对方放一个心跳检测包，若是在指定的时间内给本身回送了应答，那么就不关闭TCP的链接；若是在指定的时间内没有给本身回送应答，那么就作相应的处理（例如说的关闭本次TCP的连接）

Netyy中的实现

编码实现与主要原理

Github源码连接：github.com/dongyusheng…

代码：

代码就是用红黑树来管理定时器

总体框架采用Reactor模式实现

有相应的客户端与服务端

大体思路为：

咱们用一棵红黑树管理全部事件节点，其中key为该事件套接字的超时时间，value为套接字

调用wpoll_wait()处理全部事件，其中其最后一个参数为超时时间，必须设置为整棵红黑树中超时时间最短的那个节点的值

当epoll_wait()返回以后，将时间与节点的时间进行比较，若是超时了，那么就作相应的处理

代码解析

下面主要介绍以“服务端”为第一视角，查看其如何对客户端进行心跳检测的

ngx_reactor.c的ngx_reactor_loop()函数：

Reactor的主要中心处理函数ngx_reactor_loop()中会在poll_wait()调用以前获取一下当前时间

而后进行epoll_wait()，其最后一个参数为红黑树中超时时间最短的那个节点的时间值

epoll_wait()返回以后，先更新一下当前时间（全局变量ngx_current_msec）

最后再次获取当前时间，而后与以前的旧的“当前时间”进行，相减获得差值，若是超时了，那么就调用ngx_event_expire_timers()函数

ngx_reactor.c的ngx_event_expire_timers()函数：

该函数也就是该封装事件的what标志|上一个NGX_EVENT_TIMEOUT，将该事件置位超时了的

而后会调用该事件的回调函数

在上面的回调函数中，咱们为其绑定的回调函数为ngx_server.c中的client_handler()函数：

该函数会判断该事件的what标志是否有NGX_EVENT_TIMEOUT标志，若是有就调用timeout_cb()处理函数

timeout_cb()函数或判断delta是否超过了KEEPALIVE_INTVAL_MSEC时间，而且超时了3次（KEEPALIVE_INTVAL_PROBES），若是是，那么就调用close()关闭客户端的套接字

上面定义的宏以下所示