JAVA实现心跳检测【长连接】
文章目录
- 1、心跳机制简介
- 2、心跳机制实现方式
- 3、客户端
- 4 、服务端
- 5、代码实现
- 5.1 KeepAlive.java
- 5.2 MyClient.java
- 5.3 MyServer
- 5.4 测试结果
1、心跳机制简介
在分布式系统中,分布在不同主机上的节点需要检测其他节点的状态,如服务器节点需要检测从节点是否失效。为了检测对方节点的有效性,每隔固定时间就发送一个固定信息给对方,对方回复一个固定信息,如果长时间没有收到对方的回复,则断开与对方的连接。
发包方既可以是服务端,也可以是客户端,这要看具体实现。因为是每隔固定时间发送一次,类似心跳,所以发送的固定信息称为心跳包。心跳包一般为比较小的包,可根据具体实现。心跳包主要应用于长连接的保持与短线链接。
一般而言,应该客户端主动向服务器发送心跳包,因为服务器向客户端发送心跳包会影响服务器的性能。
实现原理:长连接的维持,是要客户端程序,定时向服务端程序,发送一个维持连接包的。如果,长时间未发送维持连接包,服务端程序将断开连接。
2、心跳机制实现方式
心跳机制有两种实现方式,一种基于TCP自带的心跳包,TCP的SO_KEEPALIVE选项可以,系统默认的默认跳帧频率为2小时,超过2小时后,本地的TCP 实现会发送一个数据包给远程的 Socket. 如果远程Socket 没有发回响应, TCP实现就会持续尝试 11 分钟, 直到接收到响应为止。 否则就会自动断开Socket连接。但TCP自带的心跳包无法检测比较敏感地知道对方的状态,默认2小时的空闲时间,对于大多数的应用而言太长了。可以手工开启KeepAlive功能并设置合理的KeepAlive参数。
另一种在应用层自己进行实现,基本步骤如下:
- 1、Client使用定时器,不断发送心跳;
- 2、Server收到心跳后,回复一个包;
- 3、Server为每个Client启动超时定时器,如果在指定时间内没有收到Client的心跳包,则Client失效。
3、客户端
Client通过持有Socket的对象,可以随时(使用sendObject方法)发送Massage Object(消息)给服务端。
如果keepAliveDelay毫秒(程序中是2秒)内未发送任何数据,则自动发送一个KeepAlive Object(心跳)给服务端,用于维持连接。
由于,我们向服务端,可以发送很多不同的消息对象,服务端也可以返回不同的对象。所以,对于返回对象的处理,要编写具体的ObjectAction实现类进行处理。通过Client.addActionMap方法进行添加。这样,程序会回调处理
4 、服务端
由于客户端会定时(keepAliveDelay毫秒)发送维持连接的信息过来,所以,服务端要有一个检测机制。
即当服务端receiveTimeDelay毫秒(程序中是3秒)内未接收任何数据,则自动断开与客户端的连接。
ActionMapping的原理与客户端相似(相同)。
通过添加相应的ObjectAction实现类,可以实现不同对象的响应、应答过程。
5、代码实现
5.1 KeepAlive.java
package com.zyz.mynative.demo02;/*** @author zyz* @version 1.0* @data 2023/2/15 11:05* @Description:*/
import java.io.Serializable;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;/**** 维持连接的消息对象(心跳对象)* @author zyz* @version 1.0* @data 2023/2/15 11:05* @Description:*/
public class KeepAlive implements Serializable{private static final long serialVersionUID = -2813120366138988480L;/* 覆盖该方法,仅用于测试使用。* @see java.lang.Object#toString()*/@Overridepublic String toString() {return new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").format(new Date())+"\t维持连接包";}}
5.2 MyClient.java
package com.zyz.mynative.demo02;/*** @author zyz* @version 1.0* @data 2023/2/15 11:06* @Description:*/import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.net.Socket;
import java.net.UnknownHostException;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;/*** C/S架构的客户端对象,持有该对象,可以随时向服务端发送消息。** @author zyz* @version 1.0* @data 2023/2/15 11:06* @Description:*/
public class MyClient {/*** 处理服务端发回的对象,可实现该接口。*/public static interface ObjectAction {void doAction(Object obj, MyClient client);}public static final class DefaultObjectAction implements ObjectAction {@Overridepublic void doAction(Object obj, MyClient client) {System.out.println("处理:\t" + obj.toString());}}private String serverIp;private int port;private Socket socket;//连接状态private boolean running = false;/*** 最后一次发送数据的时间*/private long lastSendTime;/*** 用于保存接收消息对象类型及该类型消息处理的对象*/private ConcurrentHashMap<Class, ObjectAction> actionMapping = new ConcurrentHashMap<Class, ObjectAction>();public MyClient(String serverIp, int port) {this.serverIp = serverIp;this.port = port;}public void start() throws UnknownHostException, IOException {if (running) {return;}socket = new Socket(serverIp, port);System.out.println("本地端口:" + socket.getLocalPort());lastSendTime = System.currentTimeMillis();running = true;//保持长连接的线程,每隔2秒项服务器发一个一个保持连接的心跳消息new Thread(new KeepAliveWatchDog()).start();//接受消息的线程,处理消息new Thread(new ReceiveWatchDog()).start();}public void stop() {if (running) {running = false;};}/*** 添加接收对象的处理对象。** @param cls 待处理的对象,其所属的类。* @param action 处理过程对象。*/public void addActionMap(Class<Object> cls, ObjectAction action) {actionMapping.put(cls, action);}public void sendObject(Object obj) throws IOException {ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(socket.getOutputStream());oos.writeObject(obj);System.out.println("发送:\t" + obj);oos.flush();}class KeepAliveWatchDog implements Runnable {long checkDelay = 10;//两秒钟检测一次long keepAliveDelay = 2000;@Overridepublic void run() {while (running) {if (System.currentTimeMillis() - lastSendTime > keepAliveDelay) {try {MyClient.this.sendObject(new KeepAlive());} catch (IOException e) {e.printStackTrace();MyClient.this.stop();}lastSendTime = System.currentTimeMillis();} else {try {Thread.sleep(checkDelay);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();MyClient.this.stop();}}}}}class ReceiveWatchDog implements Runnable {@Overridepublic void run() {while (running) {try {InputStream in = socket.getInputStream();if (in.available() > 0) {ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(in);Object obj = ois.readObject();System.out.println("接收:\t" + obj);ObjectAction oa = actionMapping.get(obj.getClass());oa = oa == null ? new DefaultObjectAction() : oa;oa.doAction(obj, MyClient.this);} else {Thread.sleep(10);}} catch (Exception e) {e.printStackTrace();MyClient.this.stop();}}}}public static void main(String[] args) throws UnknownHostException, IOException {String serverIp = "127.0.0.1";int port = 65432;MyClient client = new MyClient(serverIp, port);client.start();}
}
5.3 MyServer
package com.zyz.mynative.demo02;import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;/*** C/S架构的服务端对象。** @author zyz* @version 1.0* @data 2023/2/15 11:08* @Description:*/
public class MyServer {/*** 要处理客户端发来的对象,并返回一个对象,可实现该接口。*/public interface ObjectAction {Object doAction(Object rev, MyServer server);}public static final class DefaultObjectAction implements ObjectAction {@Overridepublic Object doAction(Object rev, MyServer server) {System.out.println("处理并返回:" + rev);return rev;}}private int port;private volatile boolean running = false;private long receiveTimeDelay = 3000;/*** ConcurrentHashMap是线程安全的,ConcurrentHashMap并非锁住整个方法,* 而是通过原子操作和局部加锁的方法保证了多线程的线程安全,且尽可能减少了性能损耗。*/private ConcurrentHashMap<Class, ObjectAction> actionMapping = new ConcurrentHashMap<Class, ObjectAction>();private Thread connWatchDog;public MyServer(int port) {this.port = port;}/*** 通过继承Runnable ,开启线程*/public void start() {if (running) {return;};running = true;connWatchDog = new Thread(new ConnWatchDog());connWatchDog.start();}@SuppressWarnings("deprecation")public void stop() {if (running) {running = false;};if (connWatchDog != null) {connWatchDog.stop();};}public void addActionMap(Class<Object> cls, ObjectAction action) {actionMapping.put(cls, action);}/*** 继承Runnable 重写run方法、实现线程*/class ConnWatchDog implements Runnable {@Overridepublic void run() {try {ServerSocket ss = new ServerSocket(port, 5);while (running) {Socket s = ss.accept();new Thread(new SocketAction(s)).start();}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();MyServer.this.stop();}}}/*** 继承Runnable 重写run方法、实现线程,通过匿名内部类*/class SocketAction implements Runnable {Socket s;boolean run = true;long lastReceiveTime = System.currentTimeMillis();public SocketAction(Socket s) {this.s = s;}@Overridepublic void run() {while (running && run) {if (System.currentTimeMillis() - lastReceiveTime > receiveTimeDelay) {overThis();} else {try {InputStream in = s.getInputStream();if (in.available() > 0) {ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(in);Object obj = ois.readObject();lastReceiveTime = System.currentTimeMillis();System.out.println("接收:\t" + obj);ObjectAction oa = actionMapping.get(obj.getClass());oa = oa == null ? new DefaultObjectAction() : oa;Object out = oa.doAction(obj, MyServer.this);if (out != null) {ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(s.getOutputStream());oos.writeObject(out);oos.flush();}} else {Thread.sleep(10);}} catch (Exception e) {e.printStackTrace();overThis();}}}}private void overThis() {if (run) {run = false;};if (s != null) {try {s.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}System.out.println("关闭:" + s.getRemoteSocketAddress());}}public static void main(String[] args) {int port = 65432;MyServer server = new MyServer(port);server.start();}}
5.4 测试结果
先开启服务端,在开启客户端
参考资料:
- 1、java实现心跳机制
- 2、java实现长连接
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