JAVA实现心跳检测【长连接】

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()
     */

    @Override
    public 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 {
        @Override
        public 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 actionMapping = new ConcurrentHashMap();

    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