细说websocket快速重连机制

网易智慧企业web前端开发工程师 马莹莹

引言

在一个完善的即时通信应用中，websocket是极其关键的一环，它为web应用的客户端和服务端提供了一种全双工的通讯机制，但因为它自己以及其底层依赖的TCP链接的不稳定性，开发者不得不为其设计一套完整的保活、验活、重连方案，才能在实际应用中保证应用的即时性和高可用性。就重连而言，其速度严重影响了上层应用的“即时性”和用户体验，试想打开网络一分钟后，微信还不能收发消息的话，是否是要抓狂？

所以，如何在网络变动时快速恢复websocket的可用，就变得尤其重要。

快速了解websocet

Websocket诞生于2008年，在2011年成为国际标准，如今全部的浏览器都已支持。它是一种全新的应用层协议，是专门为web客户端和服务端设计的真正的全双工通讯协议，

能够类比HTTP协议来了解websocket协议。它们的不一样点：

• HTTP的协议标识符是http，websocket的是ws
• HTTP请求只能由客户端发起，服务器没法主动向客户端推送消息，而websocket能够
• HTTP请求有同源限制，不一样源之间通讯须要跨域，而websocket没有同源限制

相同点：

• 都是应用层的通讯协议
• 默认端口同样，都是80或443
• 均可以用于浏览器和服务器间的通讯
• 都基于TCP协议

二者和TCP的关系图：

图片来源

重连过程拆解

首先考虑一个问题，什么时候须要重连？

最容易想到的是websocket链接断了，为了接下来能收发消息，咱们须要再发起一次链接。但在不少场景下，即使websocket链接没有断开，实际上也不可用了，好比设备切换网络、链路中间路由崩溃、服务器负载持续太高没法响应等，这些场景下的websocket都没有断开，但对上层来讲，都没办法正常的收发数据了。所以在重连前，咱们须要一种机制来感知链接是否可用、服务是否可用，并且要能快速感知，以便可以快速从不可用状态中恢复。

一旦感知到了链接不可用，那即可以弃旧图新了，弃用并断开旧链接，而后发起一次新链接。这两个步骤看似简单，但若想达到快，且不是那么容易的。

首先是断开旧链接，对客户端来讲，如何快速快速断开？协议规定客户端必需要和服务器协商后才能断开websocket链接，可是当客户端已经联系不上服务器、没法协商时，如何断开并快速恢复？

其次是快速发起新链接。此快非彼快，这里的快并不是是当即发起链接，当即发起链接会对服务器带来不可预估的影响。重连时一般会采用一些退避算法，延迟一段时间后再发起重连。但如何在重连间隔和性能消耗间作出权衡？如何在“恰当的时间点”快速发起链接？

带着这些疑问，咱们来细看下这三个过程。

快速感知什么时候须要重连

须要重连的场景能够细分为三种，一是链接断开了，二是链接没断可是不可用，三是链接对端的服务不可用了。

第一种场景很简单，链接直接断开了，确定须要重连了。

而对于后二者，不管是链接不可用，仍是服务不可用，对上层应用的影响都是不能再收发即时消息了，因此从这个角度出发，感知什么时候须要重连的一种简单粗暴的方法就是经过心跳包超时：发送一个心跳包，若是超过特定的时间后尚未收到服务器回包，则认为服务不可用，以下图中左侧的方案；这种方法最直接。那若是想要快速感知呢，就只能多发心跳包，加快心跳频率。可是心跳太快对移动端流量、电量的消耗又会太多，因此使用这种方法没办法作到快速感知，能够做为检测链接和服务可用的兜底机制。

若是要检测链接不可用，除了用心跳检测，还能够经过判断网络状态来实现，由于断网、切换wifi、切换网络是致使链接不可用的最直接缘由，因此在网络状态由offline变为online时，大多数状况下须要重连下，但也不必定，由于webscoket底层是基于TCP的，TCP链接不能敏锐的感知到应用层的网络变化，因此有时候即使网络断开了一小会，对websocket链接是不会有影响的，网络恢复后，仍然可以正常地进行通讯。所以在网络由断开到链接上时，当即判断下链接是否可用，能够经过发一个心跳包判断，若是可以正常收到服务器的心跳回包，则说明链接还是可用的，若是等待超时后仍没有收到心跳回包，则须要重连，如上图中的右侧。这种方法的优势是速度快，在网络恢复后可以第一时间感知链接是否可用，不可用的话能够快速执行恢复，但它只能覆盖应用层网络变化致使websocket不可用的状况。

综上，定时发送心跳包检测的方案贵在稳定，可以覆盖全部场景，但速度不太可；而判断网络状态的方案速度快，无需等待心跳间隔，较为灵敏，但覆盖场景较为局限。所以，咱们能够结合两种方案：定时以不太快的频率发送心跳包，好比40s/次、60s/次等，具体能够根据应用场景来定，而后在网络状态由offline变为online时当即发送一次心跳，检测当前链接是否可用，不可用的话当即进行恢复处理。这样在大多数状况下，上层的应用通讯都能较快从不可用状态中恢复，对于少部分场景，有定时心跳做为兜底，在一个心跳周期内也可以恢复。

快速断开旧链接

一般状况下，在发起下一次链接前，若是旧链接还存在的话，应该先把旧链接断开，这样一来能够释放客户端和服务器的资源，二来能够避免以后误从旧链接收发数据。

咱们知道websocket底层是基于TCP协议传输数据的，链接两端分别是服务器和客户端，而TCP的TIME_WAIT状态是由服务器端维持的，所以在大多数正常状况下，应该由服务器发起断开底层TCP链接，而不是客户端。也就是说，要断开websocket链接时，若是是服务器收到指示要断开websocket，那它应该当即发起断开TCP链接；若是是客户端收到指示要断开websocket，那它应该发信号给服务器，而后等待底层TCP链接被服务器断开或直至超时。

那若是客户端想要断开旧的websocket，能够分websocket链接可用和不可用两种状况来讨论。当旧链接可用时，客户端能够直接给服务器发送断开信号，而后服务器发起断开链接便可；当旧链接不可用时，好比客户端切换了wifi，客户端发送了断开信号，可是服务器收不到，客户端只能迟迟等待，直至超时才能被容许断开。超时断开的过程相对来讲是比较久的，那有没有办法能够快点断开？

上层应用没法改变只能由服务器发起断开链接这种协议层面的规则，因此只能从应用逻辑入手，好比在上层经过业务逻辑保证旧链接彻底失效，模拟链接断开，而后在发起新链接，恢复通信。这种方法至关于尝试断开旧链接不行时，直接弃之，而后就能快速进入下一流程，因此在使用时必定要确保在业务逻辑上旧链接已彻底失效，好比：保证丢掉从旧链接收到全部数据、旧链接不能阻碍新链接的创建，旧链接超时断开后不能影响新链接和上层业务逻辑等等。

快速发起新链接

有IM开发经验的同窗应该有所了解，遇到因网络缘由致使的重连时，是万万不能当即发起一次新链接的，不然当出现网络抖动时，全部的设备都会当即同时向服务器发起链接，这无异于黑客经过发起大量请求消耗网络带宽引发的拒绝服务攻击，这对服务器来讲简直是灾难。因此在重连时一般采用一些退避算法，延迟一段时间再发起重连，以下图中左侧的流程。

若是要快速连上呢？最直接的作法就是缩短重试间隔，重试间隔越短，在网络恢复后就能越快的恢复通信。可是太频繁的重试对性能、带宽、电量的消耗就比较严重。如何在这之间作一个较好的权衡呢？

一种比较合理的方式是随着重试次数增多，逐渐增大重试间隔；另外一方面监听网络变化，在网络状态由offline变为online这种比较可能重连上的时刻，能够适当地减少重连间隔，如上图中的右侧（随重试次数的增多，重连间隔也会变大），两种方式配合使用。

除此以外，还能够结合业务逻辑，根据成功重连上的可能性适当的调整间隔，如网络未链接时或应用在后台时重连间隔能够调大一些，网络正常的状态下能够适当调小一些等等，加快重连上的速度。

结尾

最后总结一下，本文在开头将websocket断网重连细分为三个步骤：肯定什么时候须要重连、断开旧链接和发起新链接。而后分别分析了在websocket的不一样状态下、不一样的网络状态下，如何快速完成这个三个步骤：首先经过定时发送心跳包的方式检测当前链接是否可用，同时监测网络恢复事件，在恢复后当即发送一次心跳，快速感知当前状态，判断是否须要重连；其次正常状况下由服务器断开旧链接，与服务器失去联系时直接弃用旧链接，上层模拟断开，来实现快速断开；最后发起新链接时使用退避算法延迟一段时间再发起链接，同时考虑到资源浪费和重连速度，能够在网络离线时调大重连间隔，在网络正常或网络由offline变为online时缩小重连间隔，使之尽量快地重连上。

参考：

• https://tools.ietf.org/html/rfc6455
• https://www.ruanyifeng.com/blog/2017/05/websocket.html

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