socket中的短链接与长链接,心跳包示例详解

TCP链接简介
当网络通讯时采用TCP协议时，在真正的读写操做以前，server与client之间必须创建一个链接，
当读写操做完成后，双方再也不须要这个链接时它们能够释放这个链接，
链接的创建是须要三次握手的，而释放则须要4次握手，
因此说每一个链接的创建都是须要资源消耗和时间消耗的
经典的三次握手示意图：

 

经典的四次握手关闭图：

 

1、长链接与短链接
长链接: 指在一个TCP链接上能够连续发送多个数据包，
        在TCP链接保持期间，若是没有数据包发送，须要双方发检测包以维持此链接;
        通常须要本身作在线维持。 
短链接: 指通讯双方有数据交互时，就创建一个TCP链接，数据发送完成后，则断开此TCP链接;
        通常银行都使用短链接。 
        它的优势是：管理起来比较简单，存在的链接都是有用的链接，不须要额外的控制手段 

好比http的，只是链接、请求、关闭，过程时间较短,服务器如果一段时间内没有收到请求便可关闭链接。 
其实长链接是相对于一般的短链接而说的，也就是长时间保持客户端与服务端的链接状态。

长链接与短链接的操做过程 
一般的短链接操做步骤是： 
  链接→数据传输→关闭链接；

而长链接一般就是： 
  链接→数据传输→保持链接(心跳)→数据传输→保持链接(心跳)→……→关闭链接； 

这就要求长链接在没有数据通讯时，定时发送数据包(心跳)，以维持链接状态，
短链接在没有数据传输时直接关闭就好了

何时用长链接，短链接？
长链接多用于操做频繁，点对点的通信，并且链接数不能太多状况。
每一个TCP链接都须要三步握手，这须要时间，若是每一个操做都是先链接，再操做的话那么处理速度会下降不少，
因此每一个操做完后都不断开，下次次处理时直接发送数据包就OK了，不用创建TCP链接。

例如：数据库的链接用长链接， 
若是用短链接频繁的通讯会形成socket错误，并且频繁的socket 建立也是对资源的浪费。

2、发送接收方式
一、异步 
报文发送和接收是分开的，相互独立的，互不影响。这种方式又分两种状况： 
(1)异步双工：接收和发送在同一个程序中，由两个不一样的子进程分别负责发送和接收 
(2)异步单工：接收和发送是用两个不一样的程序来完成。 

二、同步 
报文发送和接收是同步进行，既报文发送后等待接收返回报文。 
同步方式通常须要考虑超时问题，即报文发出去后不能无限等待，须要设定超时时间，
超过该时间发送方再也不等待读返回报文，直接通知超时返回。
 
在长链接中通常是没有条件可以判断读写何时结束，因此必需要加长度报文头。
读函数先是读取报文头的长度，再根据这个长度去读相应长度的报文。

三. 单工、半双工和全双工
根据通讯双方的分工和信号传输方向可将通讯分为三种方式：
单工、
半双工、
全双工。

在计算机网络中主要采用双工方式，其中：
局域网采用半双工方式，
城域网和广域网采用全双年方式。   

1. 单工(Simplex)方式：
通讯双方设备中发送器与接收器分工明确，只能在由发送器向接收器的单一固定方向上传送数据。
采用单工通讯的典型发送设备如早期计算机的读卡器，典型的接收设备如打印机。   

2. 半双工(Half Duplex)方式：
通讯双方设备既是发送器，也是接收器，两台设备能够相互传送数据，但某一时刻则只能向一个方向传送数据。
例如，步话机是半双工设备，由于在一个时刻只能有一方说话。   

3. 全双工(Full Duplex)方式：
通讯双方设备既是发送器，也是接收器，两台设备能够同时在两个方向上传送数据。
例如，电话是全双工设备，由于双方可同时说话。

而像WEB网站的http服务通常都用短连接，由于长链接对于服务端来讲会耗费必定的资源，
而像WEB网站这么频繁的成千上万甚至上亿客户端的链接用短链接会更省一些资源，
若是用长链接，并且同时有成千上万的用户，若是每一个用户都占用一个链接的话，那可想而知吧。
因此并发量大，但每一个用户无需频繁操做状况下需用短连好。

总之，长链接和短链接的选择要视状况而定。

4、一个最简单的长链接与心跳保持的示例程序
/*!
 ******************************************************************************
 * \File
 *  
 * \Brief
 *   
 * \Author
 *  Hank
 ******************************************************************************
 */

1. #include <stdio.h>
2. #include <string.h>
3. #include <errno.h>
4. #include <sys/socket.h>
5. #include <resolv.h>
6. #include <stdlib.h>
7. #include <netinet/in.h>
8. #include <arpa/inet.h>
9. #include <arpa/inet.h>
10. #include <unistd.h>
11. #include <sys/time.h>
12. #include <sys/types.h>

#define MAXBUF 1024


int main(int argc, char **argv)
{
  int sockfd, len;
  struct sockaddr_in dest;
  char buffer[MAXBUF];
  char heartbeat[20] = "hello server";
  fd_set rfds;
  struct timeval tv;
  int retval, maxfd = -1;

  if (argc != 3)
  {
    printf("error! the right format should be : \
          \n\t\t%s IP port\n\t eg:\t%s127.0.0.1 80\n",
          argv[0], argv[0]);
    exit(0);
  }

  if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
  {
    perror("Socket");
    exit(errno);
  }

  bzero(&dest, sizeof(dest));
  dest.sin_family = AF_INET;
  dest.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
  memset(&(dest.sin_zero), 0, 8);
  if (inet_aton(argv[1], (struct in_addr*)&dest.sin_addr.s_addr) == 0)
  {
    perror(argv[1]);
    exit(errno);
  }

  if (connect(sockfd, (struct sockaddr*)&dest, sizeof(dest)) != 0)
  {
    perror("Connect");
    exit(errno);
  }
  printf("\nReady to start chatting.\n\
        Direct input messages and \n\
        enter to send messages to the server\n");

  while (1)
  {
    FD_ZERO(&rfds);
    FD_SET(0, &rfds);
    maxfd = 0;

    FD_SET(sockfd, &rfds);
    if (sockfd > maxfd)
      maxfd = sockfd;

    tv.tv_sec = 2;
    tv.tv_usec = 0;

    retval = select(maxfd+1, &rfds, NULL, NULL, &tv);
    if (retval == -1)
    {
      printf("Will exit and the select is error! %s", strerror(errno));
      break;
    }
    else if (retval == 0)
    {
      //printf("No message comes, no buttons, continue to wait ...\n");
      len = send(sockfd, heartbeat, strlen(heartbeat), 0);
      if (len < 0)
      {
        printf("Message '%s' failed to send ! \
              The error code is %d, error message '%s'\n",
              heartbeat, errno, strerror(errno));
        break;
      }
      else
      {
        printf("News: %s \t send, sent a total of %d bytes!\n",
              heartbeat, len);
      }

      continue;
    }
    else
    {
      if (FD_ISSET(sockfd, &rfds))
      {
        bzero(buffer, MAXBUF+1);
        len = recv(sockfd, buffer, MAXBUF, 0);


        if (len > 0)
        {
          printf("Successfully received the message: '%s',%d bytes of data\n",
                  buffer, len);
        }
        else
        {
          if (len < 0)
              printf("Failed to receive the message! \
                    The error code is %d, error message is '%s'\n",
                    errno, strerror(errno));
          else
              printf("Chat to terminate!\n");


          break;
        }
      }


      if (FD_ISSET(0, &rfds))
      {
        bzero(buffer, MAXBUF+1);
        fgets(buffer, MAXBUF, stdin);


        if (!strncasecmp(buffer, "quit", 4))
        {
          printf("Own request to terminate the chat!\n");
          break;
        }


        len = send(sockfd, buffer, strlen(buffer)-1, 0);
        if (len < 0)
        {
          printf("Message '%s' failed to send ! \
                The error code is %d, error message '%s'\n",
                buffer, errno, strerror(errno));
          break;
        }
        else
        {
          printf("News: %s \t send, sent a total of %d bytes!\n",
                buffer, len);
        }
      }
    }
  }


  close(sockfd);
  return 0;
}