【Netty】心跳机制与断线重连

爱编码 2021-07-20

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心跳是啥

在 TCP 长连接中, 客户端和服务器之间定期发送的一种特殊的数据包, 通知对方自己还在线, 以确保 TCP 连接的有效性.

心跳机制的工作原理

心跳机制的工作原理是: 在服务器和客户端之间一定时间内没有数据交互时, 即处于 idle 状态时, 客户端或服务器会发送一个特殊的数据包给对方, 当接收方收到这个数据报文后, 也立即发送一个特殊的数据报文, 回应发送方, 此即一个 PING-PONG 交互. 自然地, 当某一端收到心跳消息后, 就知道了对方仍然在线, 这就确保 TCP 连接的有效性.

实现心跳

在 Netty 中, 实现心跳机制的关键是 IdleStateHandler, 它可以对一个 Channel 的读/写设置定时器, 当 Channel 在一定事件间隔内没有数据交互时(即处于 idle 状态), 就会触发指定的事件.

   public IdleStateHandler(
            int readerIdleTimeSeconds,
            int writerIdleTimeSeconds,
            int allIdleTimeSeconds) {

        this(readerIdleTimeSeconds, writerIdleTimeSeconds, allIdleTimeSeconds,
             TimeUnit.SECONDS);
    }

IdleStateHandler构造函数需要提供三个参数:

readerIdleTimeSeconds, 读超时. 即当在指定的时间间隔内没有从 Channel 读取到数据时, 会触发一个READER_IDLE 的 IdleStateEvent 事件.
writerIdleTimeSeconds, 写超时. 即当在指定的时间间隔内没有数据写入到 Channel 时, 会触发一个 WRITER_IDLE的 IdleStateEvent 事件.
allIdleTimeSeconds, 读/写超时. 即当在指定的时间间隔内没有读或写操作时, 会触发一个 ALL_IDLE 的 IdleStateEvent 事件.

服务端

服务端启动初始化代码

服务器的初始化部分为 pipeline 添加了三个 Handler，其中IdleStateHandler就是心跳处理Handler

public class HeartbeatServer {


    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {


        EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();
        EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();

        try {
            ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();

            b.group(bossGroup, workerGroup).channel(NioServerSocketChannel.class)
                    .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 1024)
                    .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {
                            socketChannel.pipeline().addLast(new IdleStateHandler(5, 5, 5, TimeUnit.SECONDS));
                            socketChannel.pipeline().addLast(new StringDecoder());
                            socketChannel.pipeline().addLast(new HeartBeatServerHandler());
                        }
                    });

            ChannelFuture f = b.bind(8089).sync();
            f.channel().closeFuture().sync();
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }finally {
            workerGroup.shutdownGracefully().sync();
            bossGroup.shutdownGracefully().sync();
        }

    }
}

服务端心跳处理Handler

IdleStateHandler 是实现心跳的关键, 它会根据不同的 IO idle 类型来产生不同的 IdleStateEvent 事件, 而这个事件的捕获, 其实就是在 userEventTriggered 方法中实现的.

public class HeartBeatServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
    private int lossConnectCount = 0;

    @Override
    public void userEventTriggered(ChannelHandlerContext ctx, Object evt) throws Exception {
        System.out.println("已经5秒未收到客户端的消息了！");
        if (evt instanceof IdleStateEvent){
            IdleStateEvent event = (IdleStateEvent)evt;
            if (event.state()== IdleState.READER_IDLE){
                lossConnectCount++;
                if (lossConnectCount>2){
                    System.out.println("关闭这个不活跃通道！");
                    ctx.channel().close();
                }
            }



        }else {
            super.userEventTriggered(ctx,evt);
        }
    }

    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        lossConnectCount = 0;
        System.out.println("client says: "+msg.toString());
    }

    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        ctx.close();
    }
}

客户端

客户端启动初始化代码

心跳的配置也是跟服务端一样，往pipeline中添加IdleStateHandler，其中的参数可以自己随意配置。

public class HeartBeatClient {

    public static void main(String[] args) throws Exception {

        EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();

        try {
        Bootstrap b = new Bootstrap();
        b.group(group).channel(NioSocketChannel.class)
                .handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                    @Override
                    protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {
                        socketChannel.pipeline().addLast(new IdleStateHandler(0,4,0, TimeUnit.SECONDS));
                        socketChannel.pipeline().addLast(new StringEncoder());
                        socketChannel.pipeline().addLast(new HeartBeatClientHandler());
                    }
                });

            ChannelFuture f = b.connect(new InetSocketAddress(8089)).sync();
            f.channel().closeFuture().sync();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            group.shutdownGracefully().sync();
        }
    }
}

客户端心跳处理代码

关键也是在userEventTriggered方法中实现的，主要的逻辑就是往服务端发送心跳，发了3次就不发了，这时候就会触发服务端的userEventTriggered中lossConnectCount 如果超过2次就把这个通道给断开。也就是把这个客户端给断开。

public class HeartBeatClientHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {

    private int curTime = 0;
    private int beatTime = 3;

    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        System.out.println("==channelRead===");
        System.out.println(msg.toString());
    }



    @Override
    public void userEventTriggered(ChannelHandlerContext ctx, Object evt) throws Exception {
        System.out.println("客户端循环心跳监测发送: "+new Date());

        if (evt instanceof IdleStateEvent){
            IdleStateEvent event = (IdleStateEvent)evt;
            if (event.state()== IdleState.WRITER_IDLE){
                if (curTime<beatTime) {
                    curTime++;
                    ctx.writeAndFlush("biubiu");
                }
            }
        }
    }
}

小结

Netty心跳的做法大致就是如此，

1.利用 IdleStateHandler来产生对应的 idle 事件。 2.userEventTriggered中做好心跳交互逻辑。

至于更加复杂的逻辑，还是各位遇到的时候自己发挥。

断线重连

服务端代码依旧是上面的不变。

客户端

主要工作以及初始化代码如下：

1.通过 channel().eventLoop().schedule
来延时10s 后尝试重新连接.

public class ReconnectClient {


    private NioEventLoopGroup workGroup = new NioEventLoopGroup(4);
    private Channel channel;
    private Bootstrap bootstrap;

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ReconnectClient client = new ReconnectClient();
        client.start();
        client.sendData();
    }

    public void sendData() throws Exception {
        Random random = new Random(System.currentTimeMillis());
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            if (channel != null && channel.isActive()) {
                channel.writeAndFlush("ReconnectClient心跳來了呀.....");
            }

            Thread.sleep(random.nextInt(20000));
        }
    }

    public void start() {
        try {
            bootstrap = new Bootstrap();
            bootstrap
                    .group(workGroup)
                    .channel(NioSocketChannel.class)
                    .handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                            ch.pipeline().addLast(new IdleStateHandler(0,4,0, TimeUnit.SECONDS));
                            ch.pipeline().addLast(new StringEncoder());
                            ch.pipeline().addLast(new ReconnectClientHandler(ReconnectClient.this));
                        }
                    });
            doConnect();

        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    protected void doConnect() {
        if (channel != null && channel.isActive()) {
            return;
        }

        ChannelFuture future = bootstrap.connect(new InetSocketAddress(8089));

        future.addListener(new ChannelFutureListener() {
            @Override
            public void operationComplete(ChannelFuture futureListener) throws Exception {
                    if (futureListener.isSuccess()) {
                        channel = futureListener.channel();
                        System.out.println("Connect to server successfully!");
                    } else {
                        System.out.println("Failed to connect to server, try connect after 10s");

                        futureListener.channel().eventLoop().schedule(new Runnable() {
                            @Override
                            public void run() {
                                doConnect();
                            }
                        }, 10, TimeUnit.SECONDS);
                    }
                }
        });
    }
}

断线重连处理Handler

2.断线重连的关键一点是检测连接是否已经断开. 因此我们重写了 channelInactive 方法. 当 TCP 连接断开时, 会回调channelInactive方法, 因此我们在这个方法中调用 client.doConnect() 来进行重连.

public class ReconnectClientHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {

    private int curTime = 0;
    private int beatTime = 3;

    private ReconnectClient client;
    public ReconnectClientHandler(ReconnectClient client) {
        this.client = client;
    }

    @Override
    public void userEventTriggered(ChannelHandlerContext ctx, Object evt) throws Exception {
        System.out.println("ReconnectClientHandler客户端循环心跳监测发送: "+new Date());

        if (evt instanceof IdleStateEvent){
            IdleStateEvent event = (IdleStateEvent)evt;
            if (event.state()== IdleState.WRITER_IDLE){
                if (curTime<beatTime) {
                    curTime++;
                    ctx.writeAndFlush("ReconnectClientHandler=biubiu.....");
                }
            }
        }
    }

    @Override
    public void channelInactive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        super.channelInactive(ctx);
        client.doConnect();
        System.out.println("重新連接了呀。。。。");
    }
}

总结

心跳机制与断线重连的基本步骤如上所述。

最后

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