【IM】心跳机制“心跳机制” 可解决了以下三方面的问题：降低服务端连接维护无效连接的开销支持客户端快速识别无效连接，

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一、前言

为了让消息通过 “长连接” 实现可靠投递，那就要维护好这个 “长连接”。

“心跳机制” 可解决了以下三方面的问题：

降低服务端连接维护无效连接的开销
支持客户端快速识别无效连接，自动断线重连
连接保活，避免被运营商 NAT 超时断开

IM 系统中心跳机制结合 TCP KeepAlive 和应用层心跳来完成：

TCP KeepAlive : 传输层的心跳探测连接可用性，可用来排除网络不可用
应用层心跳：传输层的检测，可用来排除应用服务不可用

二、心跳检测方式

心跳检测方式有：

TCP Keepalive
应用层心跳
智能心跳

（1）`TCP Keepalive`

TCP 的 Keepalive 作为操作系统的 TCP/IP 协议栈实现的一部分，对于本机的 TCP 连接，会在连接空闲期按一定的频次，自动发送不携带数据的探测报文，来探测对方是否存活。

HTTP 1.1 之后默认开启。

默认的三个配置项：

tcp_keepalive_time：心跳周期是 2 小时（7200s），即每次正常发送心跳的周期。
tcp_keepalive_intvl：KeepAlive 探测包的发送间隔 75s
tcp_keepalive_probes：在 tcp_keepalive_time 之后，没有接收到对方确认，继续发送保活探测包次数，默认值为 9 次

# 开发环境查看
$ cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_time
600
$ cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_intvl
15
$ cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_probes
3

# 通过修改 etc/sysctl.conf 
net.ipv4.tcp_keepalive_time=7200
net.ipv4.tcp_keepalive_intvl=75
net.ipv4.tcp_keepalive_probes=9

犹如 nginx 中设置：nginx.conf

http {
    sendfile            on;
    tcp_nopush          on;
    tcp_nodelay         on;
    keepalive_timeout   75s;
    keepalive_requests  1000;
    types_hash_max_size 2048;

    client_header_buffer_size  32k;
    large_client_header_buffers  4  32k;
}

TCP Keepalive 的缺陷：无法检测应用服务是否可用。

TCP 处于传输层：检测 IP 和端口是否有效
如果应用服务代码死锁、假死等，TCP Keepalive 就无法检测

（2）应用层心跳

为了解决 TCP Keepalive 存在的一些不足的问题，很多 IM 服务使用应用层心跳来提升探测的灵活性和准确性。

应用层心跳相比 TCP Keepalive：由于需要在应用层进行发送和接收的处理，因此更能反映应用的可用性，而不是仅仅代表网络可用。

原理：应用层心跳实际上就是客户端每隔一定时间间隔，向 IM 服务端发送一个业务层的数据包告知自身存活。

灵活可设置的心跳间隔在节省网络流量和保活层面优势更明显：

稍微复杂的策略是客户端在发送数据空闲后才发送心跳包。

WhatApps：应用层心跳间隔为 30s 和 1分钟
微信：应用层心跳间隔为 4分半
微博：应用层心跳间隔为 2分钟
QQ：应用层心跳间隔为 45s

客户端和服务端，各自通过心跳机制来实现 “断线重连” 和 “资源清理”：

（3）智能心跳

在国内移动网络场景下，各个地方运营商在不同的网络类型下 NAT 超时的时间差异性很大。

采用固定频率的应用层心跳在实现上虽然相对较为简单
但为了避免 NAT 超时，只能将心跳间隔设置为小于所有网络环境下 NAT 超时的最短时间
虽然也能解决问题，但对于设备 CPU、电量、网络流量的资源无法做到最大程度的节约

优化这现象：采用 “智能心跳” 的方案

平衡“NAT 超时”
“设备资源节约”

智能心跳：就是让心跳间隔能够根据网络环境来自动调整，通过不断自动调整心跳间隔的方式，逐步逼近 NAT 超时临界点，在保证 NAT 不超时的情况下尽量节约设备资源。

三、实战

（1）`websocket` 中心跳

服务端：

ChannelInitializer<SocketChannel> initializer = new ChannelInitializer<SocketChannel>() {

    @Override
    protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
        ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
        //先添加websocket相关的编解码器和协议处理器
        pipeline.addLast(new HttpServerCodec());
        pipeline.addLast(new HttpObjectAggregator(65536));
        pipeline.addLast(new LoggingHandler(LogLevel.DEBUG));
        pipeline.addLast(new WebSocketServerProtocolHandler("/", null, true));
        //再添加服务端业务消息的总处理器
        pipeline.addLast(websocketRouterHandler);
        //服务端添加一个idle处理器，如果一段时间socket中没有消息传输，服务端会强制断开
        // 读 0s 即不限制，写 0s 即不限制，总间隔
        pipeline.addLast(new IdleStateHandler(0, 0, serverConfig.getAllIdleSecond()));
        pipeline.addLast(closeIdleChannelHandler);
    }
};

前端代码：

function init() {
    if (window.WebSocket) {
        websocket = new WebSocket("ws://127.0.0.1:8080");
        websocket.onmessage = function (event) {
            onmsg(event);
        };

        websocket.onopen = function () {
            bind();
            // 定时发送心跳
            heartBeat.start();
        }

        websocket.onclose = function () {
            reconnect();
        };

        websocket.onerror = function () {
            reconnect();
        };

    } else {
        alert("您的浏览器不支持WebSocket协议！");
    }
}

/** 每2分钟发送一次心跳包，接收到消息或者服务端的响应又会重置来重新计时。 */
var heartBeat = {
    timeout: 120000,
    timeoutObj: null,
    serverTimeoutObj: null,
    reset: function () {
        clearTimeout(this.timeoutObj);
        clearTimeout(this.serverTimeoutObj);
        this.start();
    },
    start: function () {
        var self = this;
        this.timeoutObj = setTimeout(function () {
            var sender_id = $("#sender_id").val();
            var sendMsgJson = '{ "type": 0, "data": {"uid":' + sender_id + ',"timeout": 120000}}';
            websocket.send(sendMsgJson);
            self.serverTimeoutObj = setTimeout(function () {
                websocket.close();
                $("#ws_status").text("失去连接！");
            }, self.timeout)
        }, this.timeout)
    },
}

（2）生产实战

pipeline.addFirst("idleStateHandler", new IdleStateHandler(nettyChannelTimeoutSeconds, 
                                                           0, 0));
pipeline.addAfter("idleStateHandler", "idleEventHandler", timeoutHandler);

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