【原创】心跳包对状态机的影响

本文以 rabbitmq-c 使用的 AMQP 协议为例说明 heartbeat 对协议状态机的影响。而实际上该问题具有一定普适性。

背景：基于rabbitmq-c源码改造了基于libevent实现的版本，增加了部分功能（一些属性的支持），也省略了部分功能（原代码中的心跳处理）。
问题：在后续需要使用 AMQP 心跳协议进行保活时，发生了状态机遗漏和错乱的情况。

图例


没有考虑 heartbeat 情况下，rabbitmq Producer 的最简状态转换


rabbitmq Consumer 的最简状态转换


简单观察上面的状态切换是发现不了问题的，下给出结合 代码状态机实现 + 实际网络情况 的图示。

没有考虑 heartbeat 情况下，给出 rabbitmq  Producer  状态转换时 FSM 的稳态以及可能出现网络卡顿的地方。


rabbitmq Consumer 状态转换时 FSM 的稳态以及可能出现网络卡顿的地方。


上面图中的 稳态 是指 FSM 实现中的某个稳定状态（一般来说，无限循环的状态机都至少应该有一个稳态）；而 网络卡顿 是指由于网络原因或服务器原因导致的协议包延迟到达的现象。

      在 事件驱动+FSM 的实现模型下，遇到网络卡顿时，可以对超时情况进行记录，并重新触发新一轮的状态处理。就上面的 consumer 而言，当处于 basic.deliver 状态下，在指定时间内没有收到对应协议帧时，只需要重新进入该状态再次等待接收该协议帧即可。

当添加了 heartbeat 处理后，状态机变化如下：

rabbitmq  Producer  状态转换时 FSM 的稳定态以及可能出现网络卡顿的地方。


rabbitmq  Consumer   状态转换时 FSM 的稳定态以及可能出现网络卡顿的地方。


可以看到，情况变的稍微复杂了点。这种情况下，需要程序能够处理

• 针对 heartbeat 超时次数进行统计
• 需要统一发送态下 heartbeat 超时时间和接收态下 heartbeat 超时时间（Producer中的情况），否者会出现判定错误
• 需要在处理 heartbeat 协议帧前，正确记录当前的状态，以便后续重新恢复到该状态

另外值得说一句的是，FSM 中的稳态其实是和代码实现强相关的，就像上面图中 Producer 的稳态就实现在了 idle 中，而 Consumer 的稳态却安排在了 basic.deliver 。而会出现网络卡顿的点也需要仔细考量。