socket心跳超时检测,快速处理新思路(适用于超大量TCP连接情况下)
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假设一种情景:TCP服务器有1万个客户端连接,如果客户端5秒钟不发数据,则要断开。服务端如何检测客户端是否超时?这看起来是一个非常简单的问题,其实不然!
最简单的处理方法是:启动一个线程,每隔一段时间,检查每个连接是否超时。每次处理需要1万次检查。计算量太大!检查的时间间隔不能太小,否则大大增加计算量;如果间隔时间太大,超时误差会增大。
本文提出一种新颖的处理方法,就是针对这个看似简单而不易解决的问题!(以下用socket表示一个客户端连接)
1 内存布局图
假设socket3有新的数据到达,需要更新socket3所在的时间轴,处理逻辑如下:
2 处理过程分析:
基本的处理思路就是增加时间轴概念。将socket按最后更新时间排序。因为时间是连续的,不可能将时间分割太细。首先将时间离散,比如属于同一秒内的更新,被认为是属于同一个时间点。离散的时间间隔称为时间刻度,该刻度值可以根据具体情况调整。刻度值越小,超时计算越精确;但是计算量增大。如果时间刻度为10毫秒,则一秒的时间长度被划分为100份。所以需要对更新时间做规整,代码如下:
复制代码
DateTime CreateNow()
{
DateTime now = DateTime.Now;
int m = 0;
if(now.Millisecond != 0)
{
if(_minimumScaleOfMillisecond == 1000)
{
now = now.AddSeconds(1); //尾数加1,确保超时值大于 给定的值
}
else
{
//如果now.Millisecond为16毫秒,精确度为10毫秒。则转换后为20毫秒
m = now.Millisecond - now.Millisecond % _minimumScaleOfMillisecond + _minimumScaleOfMillisecond;
if(m>=1000)
{
m -= 1000;
now = now.AddSeconds(1);
}
}
}
return new DateTime(now.Year, now.Month, now.Day, now.Hour, now.Minute, now.Second,m);
}
复制代码
属于同一个时间刻度的socket,被放入在一个哈希表中(见图中Group)。存放socket的类如下:
复制代码
class SameTimeKeyGroup<T>
{
DateTime _timeStamp;
public DateTime TimeStamp => _timeStamp;
public SameTimeKeyGroup(DateTime time)
{
_timeStamp = time;
}
public HashSet<T> KeyGroup { get; set; } = new HashSet<T>();
public bool ContainKey(T key)
{
return KeyGroup.Contains(key);
}
internal void AddKey(T key)
{
KeyGroup.Add(key);
}
internal bool RemoveKey(T key)
{
return KeyGroup.Remove(key);
}
}
复制代码
定义一个List表示时间轴:
List<SameTimeKeyGroup<T>> _listTimeScale = new List<SameTimeKeyGroup<T>>();
在_listTimeScale 前端的时间较旧,所以链表前端就是有可能超时的socket。
当有socket需要更新时,需要快速知道socket所在的group。这样才能将socket从旧的group移走,再添加到新的group中。需要新增一个链表:
Dictionary<T, SameTimeKeyGroup<T>> _socketToSameTimeKeyGroup = new Dictionary<T, SameTimeKeyGroup<T>>();
2.1 当socket有新的数据到达时,处理步骤:
查找socket的上一个群组。如果该群组对应的时刻和当前时刻相同(时间都已经离散,才有可能相同),无需更新时间轴。
从旧的群组删除,增加到新的群组。
复制代码
public void UpdateTime(T key)
{
DateTime now = CreateNow();
//是否已存在,从上一个时间群组删除
if (_socketToSameTimeKeyGroup.ContainsKey(key))
{
SameTimeKeyGroup<T> group = _socketToSameTimeKeyGroup[key];
if (group.ContainKey(key))
{
if (group.TimeStamp == now) //同一时间更新,无需移动
{
return;
}
else
{
group.RemoveKey(key);
_socketToSameTimeKeyGroup.Remove(key);
}
}
}
//从超时组 删除
_timeoutSocketGroup.Remove(key);
//加入到新组
SameTimeKeyGroup<T> groupFromScaleList = GetOrCreateSocketGroup(now, out bool newCreate);
groupFromScaleList.AddKey(key);
_socketToSameTimeKeyGroup.Add(key, groupFromScaleList);
if (newCreate)
{
AdjustTimeout(www.dasheng178.com/);
}
}
复制代码
2.2 获取超时的socket
时间轴从旧到新,对比群组的时间与超时时刻。就是链表_listTimeScale,从0开始查找。
复制代码
/// <summary>
///timeLimit 值为超时时刻限制
///比如DateTime.Now.AddMilliseconds(-1000);表示 返回一秒钟以前的数据
/// </summary>
/// <param name="timeLimit">该时间以前的socket会被返回</param>
/// <returns></returns>
public List<T> GetTimeoutValue(DateTime timeLimit, bool remove = true)
{
if((DateTime.Now www.mcyllpt.com- timeLimit) www.ysyl157.com > _maxSpan )
{
Debug.Write("GetTimeoutSocket timeLimit 参数有误!");
}
//从超时组 读取
List<T> result = new List<www.huachengj1980.com>();
foreach(www.dfgjyl.cn T www.furong157.com key in _timeoutSocketGroup)
{
_timeoutSocketGroup.Add(key);
}
if(remove)
{
_timeoutSocketGroup.Clear(www.yongxinzaixian.cn);
}
while (_listTimeScale.Count www.mengzhidu178.com> 0)
{
//时间轴从旧到新,查找对比
SameTimeKeyGroup<T> group = _listTimeScale[0];
if(timeLimit >= group.TimeStamp)
{
foreach (T key in group.KeyGroup)
{
result.Add(key);
if (remove)
{
_socketToSameTimeKeyGroup.Remove(key);
}
}
if(remove)
{
_listTimeScale.RemoveAt(0);
}
}
else
{
break;
}
}
return result;
}
复制代码
3 使用举例
复制代码
//创建变量。最大超时时间为600秒,时间刻度为1秒
TimeSpanManage<Socket> _deviceActiveManage = TimeSpanManage<Socket>.Create(TimeSpan.FromSeconds(600), 1000);
//当有数据到达时,调用更新函数
_deviceActiveManage.UpdateTime(socket);
//需要在线程或定时器中,每隔一段时间调用,找出超时的socket
//找出超时时间超过600秒的socket。
foreach (Socket socket in _deviceActiveManage.GetTimeoutValue(DateTime.Now.AddSeconds(-600)))
{
socket.Close();
}
复制代码
4 完整代码
View Code
专注.NET、VC++。擅长WPF、WinForm、Socket等技术。
转载于:https://my.oschina.net/u/3386278/blog/2875983
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