心跳机制讲解及实例

什么是心跳机制

心跳机制出现在tcp长连接中，客户端和服务器之见定时发送一种特殊的数据包通知对方还在线，以确保tcp链接地可靠性，有可能tcp链接由于某些原因(列入网线被拔了，突然断电)导致客户端断了，但是服务器不知道客户端断了，服务器还保持与客户端连接的状态，所以为了不浪费资源，需要知道客户端非正常中断，服务器把断开客户端断开链接，需要加入心跳包机制

tcp 需不需要心跳?

需要心跳机制tcp本身内置了keeplive心跳机制，但是这种内置的心跳机制不足以满足所有的情况，所以有必要自己写心跳机制
有必要自己写心跳机制

3 那些网络情况下不满足keepalive心跳机制

1 tcp 属于 keeepalive心跳机制有些设备不会处理keepalive心跳包
2 keeepalive心跳机制只能说明连接是活的，应用实现心跳机制，可以保持连接是活的应用正常工作

心跳检测步骤

1.客户端每隔一个时间间隔发生一个探测包给服务器
2.客户端发包时启动一个超时定时器
3.服务器端接收到检测包，应该回应一个包
4. 如果客户机收到服务器的应答包，则说明服务器正常，删除超时定时器
5. 如果客户端的超时定时器超时，依然没有收到应答包，则说明服务器挂了

实例

拥有单发群发指定部分功能

客户端:

搭建客户端连接的界面

代码如下：

public partial class Form1 : Form
{
    public Form1()
    {
        InitializeComponent();
    }

    // 点击链接按钮
    // 1 创建客户端对象
    // 2 连接服务器
    // 3 创建网络基础流发消息，write发消息
    // 4 创建网络基础流接消息，read接消息
    // 5 断开链接close()
    TcpClient client;
    private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
    {
        if(button1.Text == "连接")
        {
            try
            {
                // 开始连接
                client = new TcpClient();
                client.Connect(comboBox1.Text, int.Parse(comboBox2.Text));
                button1.Text = "断开";
                // 读取数据
                StartRead();

                // 启动心跳机制
                HeartBeat();

            }
            catch(Exception ex)
            {
                MessageBox.Show("连接失败");
            }
        }
        else
        {
            // 断开连接
            client.Close();

            timer1.Stop(); // 关闭心跳包
            // 把心跳定时器关闭
            button1.Text = "连接";

        }

    }
    void StartRead()
    {
        byte[] bs = new byte[1024];
        Task.Run(() =>
        {
            try 
            {
                while (true)
                {
                    int count = client.GetStream().Read(bs,0,bs.Length);
                    string msg = Encoding.UTF8.GetString(bs,0,count);
                    richTextBox1.Invoke((Action)(() =>
                    {
                        richTextBox1.AppendText(msg+"\t\n");
                    }));
                }
            }catch(Exception ex)
            {
                button1.Text = "连接";
            }
        });


    }
    // 开启心跳方法
    Timer timer1;
    void HeartBeat()
    {
        timer1 = new Timer();
        timer1.Interval = 3000;
        timer1.Tick += Timer_Tick;
        timer1.Start();
    }

    // 定时器方法 定时发送心跳包
    private void Timer_Tick(object sender, EventArgs e)
    {
        // 心跳包发送数据的内容需要跟后台事先约定好，什么数据是心跳包
        // 
        client.GetStream().Write(new byte[] { 1 }, 0, 1);
    }

    // 点击发送按钮设置普通的消息包
    private void button2_Click(object sender, EventArgs e)
    {
        timer1.Stop();
        timer1.Interval = 3000;
        timer1.Tick += Timer_Tick;
        timer1.Start();
        byte[] bs = Encoding.UTF8.GetBytes(textBox1.Text);
        // 普通消息在发送时候，需要字节数组的第一位置为0 
        byte[] bs1 = new byte[bs.Length+1];
        bs1[0] = 0;// 字节数组的第一位设置为0
        bs.CopyTo(bs1, 1); // 把消息复制到新数组的第一位开始
        client.GetStream().Write(bs1,0,bs1.Length);
    }
}

服务端：

Server类：

internal class Server
{
    TcpListener listen;
    //1通过构造函数创建服务器对象
    public Server(IPAddress ip,int port) 
    {
       listen = new TcpListener(ip, port);

    }
    //2 封装开启监听的方法
    public void Start()
    {
        listen.Start(100);//开启监听

        //接受客户端的连接
        StartConnect();

        //调用扫描心跳方法
        SaoMiao();
       

    }
    //3接受客户端的连接 封装一监听客户端连接的方法
   
    //保存所有的客户端字典， 键是ip 值是客户端，
    Dictionary<string,TcpClient> clientDic = new Dictionary<string,TcpClient>();

    //字典保存客户端和当前连接服务器时间点
    Dictionary<string,DateTime> heartDic  = new Dictionary<string,DateTime>();

    public event Action<TcpClient> 有客户端连入的事件; //当客户端连入触发。绑定事件，
    void StartConnect()
    {
        Task.Run(() =>
        {
            while (true) //接入多个客户端
            {
             TcpClient client = listen.AcceptTcpClient();
             string ip = client.Client.RemoteEndPoint.ToString(); //获取远程ip
             //保存当前客户端
             clientDic.Add(ip, client);

             //记录当前客户端心跳 连接成功时候记录当前客户端时间点
              heartDic.Add(ip, DateTime.Now);

            //调用事件函数 触发事件，
              有客户端连入的事件?.Invoke(client);

              //4 接收客户端发来的消息
             ReceiveMsg(client);
            }
        });
    }
    //4 接收客户端发来的消息  
    //封装接受的消息
    public event Action<string> 客户端断开事件; //当客户端断开时候调用事件
    public event Action<TcpClient, byte[]> 接受到消息的事件;//接收到消息调用
    void ReceiveMsg(TcpClient t1)
    {
        NetworkStream stream = t1.GetStream();
        string ip = t1.Client.RemoteEndPoint.ToString() ;
        byte[] bs = new byte[1024];
        Task.Run(() =>
        {
            try
            {
                while (true)
                {
                   
                    int count = stream.Read(bs, 0, bs.Length);
                    if(count == 0)
                    {
                        //客服端断开
                        throw new Exception("客户端断开连接");
                    }
                    //如果接收到数据长度不为0，
                    //必须判断是否是心跳包 事先约定好：如果数据第一位是0的时候，当成普通数据包
                    //如果数据第一位是1说明是心跳包
                    switch (bs[0]) //判断第一位数据是不是0
                    {
                        case 0: //普通数据 取出来的时候不需要显示第一位标识符
                            //skip 从第一位开始截取
                            // take 到指定位置的元素为止
                            //第一位0、1代表是否是心跳包标识符，
                            //最后一位占位符
                          byte[] body= bs.Skip(1).Take(count - 1).ToArray();
                            //要么群发 要么单发
                           接受到消息的事件?.Invoke(t1, body);
                          break;

                        case 1: //发的是心跳包
                            //修改是心跳包发的时间点
                            heartDic[ip] = DateTime.Now;
                           break;

                    }
                }
            }
            catch(Exception e)
            {
                //从字典把客户端清除掉
                clientDic.Remove(ip);

                //如果客户端断开了，打印客户断开
                客户端断开事件?.Invoke(ip);
                //删除心跳记录
                heartDic.Remove(ip);
            }
        });
    }
    //遍历所有客户端 扫描是否在未超时的时间内
    void SaoMiao()
    {
        Task.Run(() =>
        {
            while (true)
            {
                Thread.Sleep(4000);//线程休眠4s
                DateTime now1 = DateTime.Now;
                foreach (var item in heartDic)//遍历所有心跳记录
                {
                    //now1 当前时间点
                    // item.Value 服务器接收客户端发来的心跳包时间
                    //new TimeSpan(0, 0, 4) 时分秒
                    if (now1 - item.Value > new TimeSpan(0, 0, 4))
                    {
                        Console.WriteLine(item.Key + "掉线了");
                        if (clientDic.Keys.Contains(item.Key))
                        {
                            Send("你已经掉线了骚年:" + item.Key, item.Key);
                            clientDic.Remove(item.Key);
                        }

                        else
                        {
                            Console.WriteLine(item.Key + "在线");

                        }
                    }
                }
            }
        });
    }
    // 无参数的构造函数
    public Server()
    {

    }
    //群发方法 向所有的客户端发消息
    public void Send(string content)
    {
        byte[] bs = Encoding.UTF8.GetBytes(content);
        foreach (var item in clientDic) //遍历所有的客户端
        {
            item.Value.GetStream().Write(bs, 0, bs.Length);
        }
    }
    //指定给谁发
    public void Send(string content, string ip)
    {
        byte[] bs = Encoding.UTF8.GetBytes(content);
        //根据ip取出客户端，从字典取
        clientDic[ip].GetStream().Write(bs, 0, bs.Length);
    }
    //指定给哪些客户端发
    //send("你好", ["192.","127"])
    public void Send(string content, string[] ips)
    {
        byte[] bs = Encoding.UTF8.GetBytes(content);
        foreach (var item in clientDic) //所有客户端
        {
            //item.key 键 ip字符串
            //item.value 值 客户端对象
            if (ips.Contains(item.Key))
            {
                //如果ips数组包含目标客户端
                item.Value.GetStream().Write(bs, 0, bs.Length);
            }

        }

    }


}

Program：

internal class Program
{
    static Server server;
    static void Main(string[] args)
    {
        server = new Server(IPAddress.Any,3333);
        server.Start(); // 除了服务器监听方法， 监听客户连接的方法 扫描客户端是否在线的方法
        //如果监听到有客户端连接的时候，打印哪个终端连入到服务器了 使用事件封装
        server.有客户端连入的事件 += 有客户端连入服务器方法; //绑定事件
        server.客户端断开事件 += f2;
        server.接受到消息的事件 += f3;

        Console.ReadKey();
    }
    //相当于点击之后的回调方法，再客户端连接成功之后调用这个方法
    public static void 有客户端连入服务器方法(object obj)
    {
        TcpClient t1 = obj as TcpClient;
        Console.WriteLine(t1.Client.RemoteEndPoint+"连接到服务器");
    
    }
    public static void f2(object obj)
    {
        Console.WriteLine(obj.ToString()+"断开连接");
    }
    public static void f3(TcpClient t1, byte[] b1)
    {

        // t1.GetStream().Write(b1, 0, b1.Length);
        string content = Encoding.UTF8.GetString(b1);
        // 如果群发
        // server.Send(content);

        // 如果单发
        // server.Send(content, "这里是端口号");

        // 如果指定部分
        string[] ips = new string[] { "这里是端口号", "这里是端口号" };
        server.Send(content, ips);
    }
}