网络问题

      下面是网络应用程序中普遍会遇到的一个问题：连接假死。
      连接假死的现象是：在某一端（服务端或者客户端）看来，底层的 TCP 连接已经断开，但是应用程序并没有捕获到，因此会认为这条连接仍然是存在的。从 TCP 层面来说，只有收到四次握手数据包或者一个 RST 数据包，才标识连接的状态已断开。

      连接假死会带来以下两大问题。

1. 对于服务端来说，因为每个连接都会耗费 CPU 和内存资源，大量假死的连接会逐渐耗光服务器的资源，最终导致性能逐渐下降，程序崩溃；
2. 对于客户端来说，连接假死会造成发送数据超时，影响用户体验。

通常，连接假死由以下几个原因造成。

1. 应用程序出现线程堵塞，无法进行数据的读写。
2. 客户端或者服务端网络相关的设备出现故障，比如网卡、机房故障。
3. 公网丢包。公网环境相对内网而言，非常容易出现丢包、网络抖动等现象，如果在一段时间内用户接入的网络连续出现丢包现象，那么对客户端来说，数据一直发送不出去；而服务端也一直收不到客户端的数据，连接就一直耗着。

服务端空闲检测

      对于服务端来说，客户端的连接如果出现假死，那么服务端将无法收到客户端的数据。也就是说，如果能一直收到客户端发来的数据，则说明这个连接时活的。因此，服务端对于连接假死的应对策略就是空闲检测。

@ChannelHandler.Sharable
public class ImIdleStateHandler extends IdleStateHandler {
    private static final int READER_IDLE_TIME = 15;

    public ImIdleStateHandler() {
        /**
         * 第一个参数：读空闲时间，指的是这段时间内如果没有读到数据，就表示连接假死；
         * 第二个参数：写空闲时间，指的是这段时间如果没有写数据，就表示连接假死；
         * 第三个参数：读写空闲时间，指的是这段时间内如果没有产生数据读或者写，就表示连接假死；
         * 第四个参数：时间单位
         */
        super(READER_IDLE_TIME, 0, 0, TimeUnit.SECONDS);
    }

    @Override
    protected void channelIdle(ChannelHandlerContext ctx, IdleStateEvent evt) throws Exception {
        System.out.println(READER_IDLE_TIME + "秒内未读到数据，关闭连接");
        ctx.channel().close();
    }
}

      连接假死之后会回调channelIdle()方法，可以在此处关闭连接，同时我们需要将此handler添加到服务端 Pipeline 的最前面。

客户端定时发送心跳包

      服务端在一段时间内没有收到客户端的数据，这个现象产生的原因可以分为以下两种：

1. 连接假死；
2. 非假死状态下确实没有发送数据。

      我们只需要排除第二种可能，那么连接自然就是假死的。要排查第二种情况，我们可以在客户端定期发送数据包到服务端，通常这个数据包被称为心跳数据包。我们定义一个 Handler，定期发送心跳数据包给服务端。

public class HeartBeatTimerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {

    private static final int HEARTBEAT_INTERVAL = 5;

    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        scheduleSendHeartBeat(ctx);
        super.channelActive(ctx);
    }

    private void scheduleSendHeartBeat(ChannelHandlerContext ctx) {
        ctx.executor().schedule(() -> {
            if (ctx.channel().isActive()) {
                System.out.println("客户端发送心跳包");
                ctx.writeAndFlush(new HeartBeatRequestPacket());
                scheduleSendHeartBeat(ctx);
            }
        }, HEARTBEAT_INTERVAL, TimeUnit.SECONDS);
    }
}

      ctx.executor() 方法返回的是当前 Channel 绑定的 NIO 线程。NIO 线程有一个 schedule()方法，类似 JDK 的延时任务机制，可以隔一段时间执行一个任务。

服务端回复心跳与客户端空闲检测

      实现服务端心跳请求处理器：

@ChannelHandler.Sharable
public class HeartBeatRequestHandler extends SimpleChannelInboundHandler<HeartBeatRequestPacket> {

    public static final HeartBeatRequestHandler INSTANCE = new HeartBeatRequestHandler();

    protected HeartBeatRequestHandler(){}

    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, HeartBeatRequestPacket msg) throws Exception {
        ctx.writeAndFlush(new HeartBeatResponsePacket());
    }
}

      添加处理器至Server端Pipeline。
      将客户端心跳发送处理器添加至Client端Pipeline，同时添加空闲检测处理器：

bootstrap.group(workerGroup)
                .channel(NioSocketChannel.class)
                .handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                    @Override
                    protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                        ch.pipeline()
                                .addLast(new ImIdleStateHandler())
                                // 其他处理器
                                .addLast(new HeartBeatTimerHandler());

版权属于：带翅膀的猫

本文链接：https://www.chengpengper.cn/archives/226/

转载时须注明出处及本声明