心跳包就是在客戶端和服務(wù)器間定時(shí)通知對(duì)方自己狀態(tài)的一個(gè)自己定義的命令字，按照一定的時(shí)間間隔發(fā)送，類似于心跳，所以叫做心跳包。
　　
用來判斷對(duì)方（設(shè)備，進(jìn)程或其它網(wǎng)元）是否正常運(yùn)行，采用定時(shí)發(fā)送簡(jiǎn)單的通訊包，如果在指定時(shí)間段內(nèi)未收到對(duì)方響應(yīng)，則判斷對(duì)方已經(jīng)離線。用于檢測(cè)TCP的異常斷開?；驹蚴欠?wù)器端不能有效的判斷客戶端是否在線，也就是說，服務(wù)器無法區(qū)分客戶端是長(zhǎng)時(shí)間在空閑，還是已經(jīng)掉線的情況。所謂的心跳包就是客戶端定時(shí)發(fā)送簡(jiǎn)單的信息給服務(wù)器端告訴它我還在而已。代碼就是每隔幾分鐘發(fā)送一個(gè)固定信息給服務(wù)端，服務(wù)端收到后回復(fù)一個(gè)固定信息如果服務(wù)端幾分鐘內(nèi)沒有收到客戶端信息則視客戶端斷開。
比如有些通信軟件長(zhǎng)時(shí)間不使用，要想知道它的狀態(tài)是在線還是離線就需要心跳包，定時(shí)發(fā)包收包。發(fā)包方：可以是客戶也可以是服務(wù)端，看哪邊實(shí)現(xiàn)方便合理，一般是客戶端。服務(wù)器也可以定時(shí)發(fā)心跳下去。一般來說，出于效率的考慮，是由客戶端主動(dòng)向服務(wù)器端發(fā)包，而不是服務(wù)器向客戶端發(fā)。客戶端每隔一段時(shí)間發(fā)一個(gè)包，使用TCP的，用send發(fā)，使用UDP的，用sendto發(fā)，服務(wù)器收到后，就知道當(dāng)前客戶端還處于“活著”的狀態(tài)，否則，如果隔一定時(shí)間未收到這樣的包，則服務(wù)器認(rèn)為客戶端已經(jīng)斷開，進(jìn)行相應(yīng)的客戶端斷開邏輯處理。

服務(wù)器實(shí)現(xiàn)心跳機(jī)制的兩種策略

大部分CS的應(yīng)用需要心跳機(jī)制。心跳機(jī)制一般在Server和Client都要實(shí)現(xiàn)，兩者實(shí)現(xiàn)原理基本一樣。Client不關(guān)心性能，怎么做都行。

如果應(yīng)用是基于TCP的，可以簡(jiǎn)單地通過SO_KEEPALIVE實(shí)現(xiàn)心跳。TCP在設(shè)置的KeepAlive定時(shí)器到達(dá)時(shí)向?qū)Χ税l(fā)一個(gè)檢測(cè)TCP segment，如果沒收到ACK或RST，嘗試幾次后，就認(rèn)為對(duì)端已經(jīng)不存在，最后通知應(yīng)用程序。這里有個(gè)缺點(diǎn)是，Server主動(dòng)發(fā)出檢測(cè)包，對(duì)性能有點(diǎn)影響。

應(yīng)用自己實(shí)現(xiàn)

Client啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器，不斷發(fā)心跳；

Server收到心跳后，給個(gè)回應(yīng)；

Server啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器，判斷Client是否存在，判斷方法這里列兩種：時(shí)間差和簡(jiǎn)單標(biāo)志。

1. 時(shí)間差策略

收到一個(gè)心跳后，記錄當(dāng)前時(shí)間(記為recvedTime)。

判斷定時(shí)器時(shí)間到達(dá)，計(jì)算多久沒收到心跳的時(shí)間(T)=當(dāng)前時(shí)間 - recvedTime(上面記錄的時(shí)間)。如果T大于某個(gè)設(shè)定值，就可以認(rèn)為Client超時(shí)了。

2. 簡(jiǎn)單標(biāo)志

收到一個(gè)心跳后，設(shè)置連接標(biāo)志為true；

判斷定時(shí)器時(shí)間到達(dá)，查看所有的標(biāo)志，false的，認(rèn)為對(duì)端超時(shí)了；true的將其設(shè)成false。

上面這種方法比上面簡(jiǎn)單一些，但檢測(cè)某個(gè)Client是否離線的誤差有點(diǎn)大。

您還有心跳嗎？超時(shí)機(jī)制分析

問題描述

在C/S模式中，有時(shí)我們會(huì)長(zhǎng)時(shí)間保持一個(gè)連接，以避免頻繁地建立連接，但同時(shí)，一般會(huì)有一個(gè)超時(shí)時(shí)間，在這個(gè)時(shí)間內(nèi)沒發(fā)起任何請(qǐng)求的連接會(huì)被斷開，以減少負(fù)載，節(jié)約資源。并且該機(jī)制一般都是在服務(wù)端實(shí)現(xiàn)，因?yàn)閏lient強(qiáng)制關(guān)閉或意外斷開連接，server端在此刻是感知不到的，如果放到client端實(shí)現(xiàn)，在上述情況下，該超時(shí)機(jī)制就失效了。本來這問題很普通，不太值得一提，但最近在項(xiàng)目中看到了該機(jī)制的一種糟糕的實(shí)現(xiàn)，故在此深入分析一下。

問題分析及解決方案

服務(wù)端一般會(huì)保持很多個(gè)連接，所以，一般是創(chuàng)建一個(gè)定時(shí)器，定時(shí)檢查所有連接中哪些連接超時(shí)了。此外我們要做的是，當(dāng)收到客戶端發(fā)來的數(shù)據(jù)時(shí)，怎么去刷新該連接的超時(shí)信息？

最近看到一種實(shí)現(xiàn)方式是這樣做的:

public class Connection {
    private long lastTime;
    public void refresh() {
        lastTime = System.currentTimeMillis();
    }

    public long getLastTime() {
        return lastTime;
    }
    //......
}

在每次收到客戶端發(fā)來的數(shù)據(jù)時(shí)，調(diào)用refresh方法。

然后在定時(shí)器里，用當(dāng)前時(shí)間跟每個(gè)連接的getLastTime()作比較，來判定超時(shí):

public class TimeoutTask  extends TimerTask{
    public void run() {
        long now = System.currentTimeMillis();
        for(Connection c: connections){
            if(now - c.getLastTime()> TIMEOUT_THRESHOLD)
                ;//timeout, do something
        }
    }
}

看到這，可能不少讀者已經(jīng)看出問題來了，那就是內(nèi)存可見性問題，調(diào)用refresh方法的線程跟執(zhí)行定時(shí)器的線程肯定不是一個(gè)線程，那run方法中讀到的lastTime就可能是舊值，即可能將活躍的連接判定超時(shí)，然后被干掉。

有讀者此時(shí)可能想到了這樣一個(gè)方法，將lastTime加個(gè)volatile修飾，是的，這樣確實(shí)解決了問題，不過，作為服務(wù)端，很多時(shí)候?qū)π阅苁怯幸蟮模旅鎭砜聪略谖译娔X上測(cè)出的一組數(shù)據(jù)，測(cè)試代碼如下，供參考

public class PerformanceTest {
    private static long i;
    private volatile static long vt;
    private static final int TEST_SIZE = 10000000;

    public static void main(String[] args) {
        long time = System.nanoTime();
        for (int n = 0; n < TEST_SIZE; n++)
            vt = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(-time + (time = System.nanoTime()));
        for (int n = 0; n < TEST_SIZE; n++)
            i = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(-time + (time = System.nanoTime()));
        for (int n = 0; n < TEST_SIZE; n++)
            synchronized (PerformanceTest.class) {
            }
        System.out.println(-time + (time = System.nanoTime()));
        for (int n = 0; n < TEST_SIZE; n++)
            vt++;
        System.out.println(-time + (time = System.nanoTime()));
        for (int n = 0; n < TEST_SIZE; n++)
            vt = i;
        System.out.println(-time + (time = System.nanoTime()));
        for (int n = 0; n < TEST_SIZE; n++)
            i = vt;
        System.out.println(-time + (time = System.nanoTime()));
        for (int n = 0; n < TEST_SIZE; n++)
            i++;
        System.out.println(-time + (time = System.nanoTime()));
        for (int n = 0; n < TEST_SIZE; n++)
            i = n;
        System.out.println(-time + (time = System.nanoTime()));
    }
}

測(cè)試一千萬(wàn)次，結(jié)果是（耗時(shí)單位：納秒，包含循環(huán)本身的時(shí)間）：
238932949 volatile寫+取系統(tǒng)時(shí)間
144317590 普通寫+取系統(tǒng)時(shí)間
135596135 空的同步塊（synchronized）
80042382 volatile變量自增
15875140 volatile寫
6548994 volatile讀
2722555 普通自增
2949571 普通讀寫

從上面的數(shù)據(jù)看來，volatile寫+取系統(tǒng)時(shí)間的耗時(shí)是很高的，取系統(tǒng)時(shí)間的耗時(shí)也比較高，跟一次無競(jìng)爭(zhēng)的同步差不多了，接下來分析下如何優(yōu)化該超時(shí)時(shí)機(jī)。

首先：同步問題是肯定得考慮的，因?yàn)橛锌缇€程的數(shù)據(jù)操作；另外，取系統(tǒng)時(shí)間的操作比較耗時(shí)，能否不在每次刷新時(shí)都取時(shí)間？因?yàn)樗⑿抡{(diào)用在高負(fù)載的情況下很頻繁。如果不在刷新時(shí)取時(shí)間，那又該怎么去判定超時(shí)？

我想到的辦法是，在refresh方法里，僅設(shè)置一個(gè)volatile的boolean變量reset（這應(yīng)該是成本最小的了吧，因?yàn)橐幚硗絾栴}，要么同步塊，要么volatile，而volatile讀在此處是沒什么意義的），對(duì)時(shí)間的掌控交給定時(shí)器來做，并為每個(gè)連接維護(hù)一個(gè)計(jì)數(shù)器，每次加一，如果reset被設(shè)置為true了，則計(jì)數(shù)器歸零，并將reset設(shè)為false（因?yàn)橛?jì)數(shù)器只由定時(shí)器維護(hù)，所以不需要做同步處理，從上面的測(cè)試數(shù)據(jù)來看，普通變量的操作，時(shí)間成本是很低的），如果計(jì)數(shù)器超過某個(gè)值，則判定超時(shí)。 下面給出具體的代碼：

public class Connection {
    int count = 0;
    volatile boolean reset = false;
    public void refresh() {
        if (reset == false)
            reset = true;
    }
}

public class TimeoutTask extends TimerTask {
    public void run() {
        for (Connection c : connections) {
            if (c.reset) {
                c.reset = false;
                c.count = 0;
            } else if (++c.count >= TIMEOUT_COUNT)
                ;// timeout, do something
        }
    }
}

代碼中的TIMEOUT_COUNT 等于超時(shí)時(shí)間除以定時(shí)器的周期，周期大小既影響定時(shí)器的執(zhí)行頻率，也會(huì)影響實(shí)際超時(shí)時(shí)間的波動(dòng)范圍（這個(gè)波動(dòng)，第一個(gè)方案也存在，也不太可能避免，并且也不需要多么精確）。

代碼很簡(jiǎn)潔，下面來分析一下。

reset加上了volatile，所以保證了多線程操作的可見性，雖然有兩個(gè)線程都對(duì)變量有寫操作，但無論這兩個(gè)線程怎么穿插執(zhí)行，都不會(huì)影響其邏輯含義。

再說下refresh方法，為什么我在賦值語(yǔ)句上多加了個(gè)條件？這不是多了一次volatile讀操作嗎？我是這么考慮的，高負(fù)載下，refresh會(huì)被頻繁調(diào)用，意味著reset長(zhǎng)時(shí)間為true，那么加上條件后，就不會(huì)執(zhí)行寫操作了，只有一次讀操作，從上面的測(cè)試數(shù)據(jù)來看，volatile變量的讀操作的性能是顯著優(yōu)于寫操作的。只不過在reset為false的時(shí)候，多了一次讀操作，但此情況在定時(shí)器的一個(gè)周期內(nèi)最多只會(huì)發(fā)一次，而且對(duì)高負(fù)載情況下的優(yōu)化顯然更有意義，所以我認(rèn)為加上條件還是值得的。

轉(zhuǎn)載自：https://blog.csdn.net/u014365133/article/details/78502923