前言

当实现具备实时性需求时，我们一般会选择长连接的通信方式
而在实现长连接方式时，存在很多性能问题，如长连接保活
今天，我将手把手教大家实现自适应的心跳保活机制，从而能高效维持长连接

1. 长连接介绍

1.1 简介

1.2 作用

通过长时间保持双方连接，从而：

提高通信速度
确保实时性
避免短时间内重复连接所造成的信道资源 & 网络资源的浪费

1.3 长连接与短连接的区别

2. 长连接断开的原因

从上节可知，在长连接的情况下，双方的所有通信都建立在1条长连接上（1次TCP连接）；所以，长连接需要持续保持双方连接才可使得双方持续通信
可是，长连接会存在断开的情况，而断开原因主要是：
1. 长连接所在进程被杀死
2. NAT超时
3. 网络状态发生变化
4. 其他不可抗因素（网络状态差、DHCP的租期等等）

下面，我将对每种原因进行分析

原因1：进程被杀死

当进程被杀死后，长连接也会随之断开

原因2：NAT 超时（重点关注）

NAT超时现象如下

各运营商 & 地区的 NAT超时时间如下

特别注意：排除其他外因（网络切换、NAT超时、人为原因），TCP长连接在双方都不断开连接的情况上，本质上是不会自动中断的

即，不需要心跳包来维持

验证：让2台电脑连上同1个Wifi（其中1台做服务器, 另1台做客户端连接服务器（无设置KeepAlive）；只要电脑、路由器不断网断电，那么，2台电脑的长连接是不会自动中断的。

原因3：网络状态发生变化

当移动客户端网络状态发生变化时（如移动网络 & Wifi切换、断开、重连），也会使长连接断开

原因4：其他不可抗因素

如网络状态差、DHCP的租期到期等等，都会使得长连接发生偶然的断开

DHCP的租期到期：对于 Android系统， DHCP到了租期后不会主动续约 & 继续使用过期IP,，从而导致长连接断开

3. 高效维持长连接的解决方案

在了解长连接断开原因后，针对对应原因，此处给出高效维持长连接的解决方案

为此，若需有效维持长连接，则需要做到

其实，说得简单点：高效维持长连接的关键在于

保活：处于连接状态时尽量不要断
断线重连：断了之后继续重连回来

解决方案1：进程保活

整体概括如下：

解决方案2：心跳保活机制

这是本文的重点，下节开始会详细解析

解决方案3：断线重连机制

原理
检测网络状态变化 & 判断连接的有效性
具体实现
前者请参考文章：Android：检测网络状态&监听网络变化；后者主要存在于心跳保活机制，所以下面会在心跳保活机制中一起讲解。

4. 心跳保活机制简介

心跳保活机制的整体介绍如下

注：很多人容易混淆心跳机制 & 轮询机制，此处给出二者区别

5. 主流心跳机制分析 & 对比

对国、内外主流的移动IM产品（WhatsApp、Line、微信）进行了心跳机制的简单分析 & 对比，具体请看下图

6. 心跳机制方案总体设计

下面，将根据市面上主流的心跳机制，设计一套心跳机制方案

6.1 基本流程

6.2 设计要点

对于心跳机制方案设计的主要考虑因素 = 保证消息的实时性 & 耗费设备的资源（网络流量、电量、CPU等等）
从上图可以看出，对于心跳机制方案设计的要点在于
1. 心跳包的规格（内容 & 大小）
2. 心跳发送的间隔时间
3. 断线重连机制（核心 = 如何判断长连接的有效性）

在下面的方案设计中，将针对这3个问题给出详细的解决方案。

7. 心跳机制方案详细设计

7.1 心跳包的规格

为了减少流量 & 提高发送效率，需要精简心跳包的设计

7.1.1 设计原则

主要从心跳包的内容 & 大小入手，设计原则具体如下

7.1.2 设计方案

心跳包 = 1个携带少量信息 & 大小在10字节内的信息包

7.2 心跳发送的间隔时间

为了防止NAT超时 & 减少设备资源的消耗（网络流量、电量、CPU等等），心跳发送的间隔时间是整个心跳机制方案设计的重点。

7.2.1 设计原则

心跳发送间隔时间的设计原则如下

7.2.2 设计方案

a. 最直接 & 常用方案

一般，最直接 & 常用的心跳发送间隔时间设置方案：每隔估计 x 分钟发送心跳包1次

其中，x ＜5分钟即可。（综合主流移动IM产品，此处建议 x= 4分钟）
但是，这种方案存在一些问题：

下面，我将详细讲解自适应心跳间隔时间的设计方案

b. 自适应心跳间隔时间设计方案

基本流程

该方案需要解决的有2个核心问题：

1.如何自适应计算心跳间隔从而使得心跳间隔接近当前NAT 超时时间？

答：不断增加心跳间隔时间进行心跳应答测试，直到心跳失败5次后，即可找出最接近当前NAT 超时时间的心跳间隔时间。具体请看下图：

注：只有当心跳间隔接近 NAT 超时时间时，才能最大化平衡长连接不中断 & 设备资源消耗最低的问题。

2.如何检测当前网络环境的NAT 超时时间发生了变化？

答：当前发送心跳包成功的最大间隔时间（即最接近NAT超时时间的心跳间隔）发送失败5次后，则判断当前网络环境的NAT 超时时间发生了变化。具体请看下图：

注：在检测到 NAT 超时时间发生变化后，重新自适应计算心跳间隔从而使得心跳间隔接近 NAT 超时时间

总结：统筹2个核心问题，总结出自适应心跳间隔时间设计方案为下图

7.3 断线重连机制

该机制的核心在于，如何判断长连接的有效性

即，什么情况下视为长连接断线？

7.3.1 设计原则

判断长连接是否有效的准则 = 服务器是否返回心跳应答
此处需要分清：长连接存活 & 有效状态的区别：

7.3.2 设计方案

基本思路
若连续5次发送心跳后，服务器都无心跳应答，则视为长连接无效

通过计数计算
判断流程

7.3.3 网上流传的方案

在网上流传着一些用于判断长连接是否有效的方案，具体介绍如下

至此，关于心跳保活机制已经讲解完毕。

7.4 总结

设计方案

流程设计

其中，标识 “灰色” 的判断流程参考上文描述

8. 优化 & 完善

上面的方案依然会存在缺陷，从而导致长连接断开

如，长连接本身不可用（此时重连多少次也没用）
下面，将优化 & 完善上述方案，从而保证客户端与服务器依然保持着通信状态
优化点
1. 确保当前网络的有效性 & 稳定性再开始长连接
2. 自适应计算心跳包间隔时间的时机

8.1 确保当前网络的有效性 & 稳定性再开始长连接

问题描述

解决方案

加入到原有心跳保活机制主流程

8.2 自适应计算心跳包间隔时间的时机

问题描述

方案设计

加入到原有心跳保活机制主流程

8.3 总结

9. 额外说明：TCP 协议自带 KeepAlive 的机制是否可替代心跳机制

很多人认为，TCP 协议自身就有KeepAlive机制，为何基于它的通讯链接，仍需在应用层实现额外的心跳保活机制？

9.1 回答

结论：无法替代
原因：TCP KeepAlive机制的作用是检测连接的有无（死活），但无法检测连接是否有效。

“连接有效”的定义 = 双方具备发送 & 接收消息的能力

9.2 KeepAlive 机制概述

先来看看KeepAlive 机制是什么

9.3 具体原因

KeepAlive 的机制不可替代心跳机制的具体原因如下：

9.4 特别注意

KeepAlive 机制只是操作系统底层的一个被动机制，不应该被上层应用层使用
1. 当系统关闭一个由KeepAlive 机制检查出来的死连接时，是不会主动通知上层应用的，只能通过调用相应IO操作的返回值中发现

9.6 结论

KeepAlive机制无法代替心跳机制，需要在应用层自己实现心跳机制以检测长连接的有效性，从而高效维持长连接

10. 总结

看完本文后，相信在高效维持长连接的需求下，你可以完美地解决了！（具体总结如下）

下面我将继续对Android中的其他代码规范进行深入讲解，有兴趣可以继续关注Carson_Ho的安卓开发笔记

高效保活长连接：手把手教你实现自适应的心跳保活机制相关推荐

android 心跳简书,如何高效维持网络长连接：手把手教你实现自适应的心跳保活机制...
前言当实现具备实时性需求时,我们一般会选择长连接的通信方式而在实现长连接方式时,存在很多性能问题,如长连接保活今天,我将手把手教大家实现自适应的心跳保活机制,从而能高效维持长连接目录示意 ...
怎样设置计算机远程桌面,电脑如何设置远程连接,手把手教你如何远程
说起远程桌面很多用户都认为是从WIN2000 SERVER才开始引入的,实际上我们可以在WIN98甚至是DOS中看到他的身影.远程桌面采用的是一种类似TELNET的技术,他是从TELNET协议发展而来 ...
怎么裁剪视频时长？手把手教你裁剪
现在的网络非常方便,我们可以很轻松的在网上找到各种视频进行网课的学习.不过有些网课重点的内容可能不多而且又分散,我们很难做到高效的学习.其实我们可以通过视频裁剪,将需要的视频内容裁剪下来,这样子就方便 ...
notion函数_高效工作必备，手把手教你玩转 Notion 模板（附下载）
Notion 是一个笔记集大成者,堪称「来自未来的笔记软件」.它可以让你的笔记更加丰富多彩,图文.视频.音频并茂,同时还可以搭建知识库.做项目管理.做团队协作.做个人博客等等. 在上篇文章,A 君对 ...
如何高效维持网络长连接
前言当实现具备实时性需求时,我们一般会选择长连接的通信方式而在实现长连接方式时,存在很多性能问题,如长连接保活今天,我将手把手教大家实现自适应的心跳保活机制,从而能高效维持长连接 1. 长连 ...
长连接-心跳保活机制
前言当实现具备实时性需求时,我们一般会选择长连接的通信方式而在实现长连接方式时,存在很多性能问题,如长连接保活今天,我将手把手教大家实现自适应的心跳保活机制,从而能高效维持长连接目录 1. ...
网络：tcp长连接与短连接
当网络通信采用tcp协议时,在真正的读写操作之前,sever与client之间必须建立一个连接,当读写操作完成之后,对方不再需要这个连接时他们可以释放这个链接,连接的连接需要三次握手,释放需要四次握手 ...
socket的长连接、短连接、半包、粘包与分包
socket的半包,粘包与分包的问题和处理代码:http://blog.csdn.net/qq_16112417/article/details/50392463 知乎关于长连接和短连接:https: ...
TCP长连接实践与挑战
本文介绍了tcp长连接在实际工程中的实践过程,并总结了tcp连接保活遇到的挑战以及对应的解决方案. 作者:字节跳动终端技术 --- 陈圣坤概述众所周知,作为传输层通信协议,TCP是面向连接设计的, ...

高效 保活长连接：手把手教你实现 自适应的心跳保活机制

前言

目录

1. 长连接 介绍