使用心跳機制實現CS架構下多用戶端的線上狀態即時更新以及掉線自動重連

此文講述的內容是一個實際項目開發中的一部分內容，筆者將親身經曆寫成文章。

【背景】

現需要實現這樣的功能：有多個用戶端連著同一個伺服器。伺服器和用戶端之間需要“互相”知道彼此的串連狀態。比如在某一時刻，伺服器需要知道當前有多少個用戶端正在和其通訊；某一個時刻，某個用戶端需要知道自己是否和伺服器保持串連。如果在某一時刻，一個用戶端關閉了，服務端應能及時感覺到；同樣，如果服務端被關閉，所有的用戶端應能及時感覺到，並作出一些反應。

【思考】

看到這個需求，直觀上的反應就是在服務端維護一個線上列表。當服務端的監聽器監聽到一個串連，就把該串連對應的用戶端資訊加入這個線上列表。這樣就完成了對上線狀況的記錄。但下一個問題是如何讓伺服器知道用戶端的離線狀況呢？我們可能會想到，讓用戶端在關閉前發送一個訊息到服務端，服務端收到訊息後就把用戶端置為離線狀態。但是，在更多情況下，用戶端並不是這麼“友好”地關閉的。應用程式崩潰、網路連接被重設、機器死機等情況下，用戶端來不及發送“離線通知”給服務端就掛掉了。這時，需要有一套機制，能讓服務端和用戶端彼此對對方的線上狀態保持清醒。

【概念】

何謂“心跳”？ 心跳就是指“活著”的用戶端或服務端每隔一定的時間就互相發送接收一個訊息，告訴對方自己“活著”。當用戶端或服務端超過一定的時間間隔尚未收到對方的“心跳”訊息，就認為對方“死了”。這就是“心跳機制”的核心思想。

【設計實現】

在用戶端，除了 UI 外，需要三個線程在後台工作。

1，自動連接的線程。該線程可以實現每隔指定時間就檢查一次串連狀態，如果發現當前是“離線”狀態，就自動發起向服務端的一次串連。

  1         private void ThreadConnect()

 2         {
 3             do
 4             {
 5 
 6                 if (!_bConnected)
 7                 {
 8                     _bConnected = _sender.Connect(_ip, _port);
 9 
10                     if (_bConnected)
11                     {
12 
13                         Thread threadSendAndReceivePulseMessage = new Thread(new ThreadStart(ThreadSendAndReceivePulseMessage));
14                         threadSendAndReceivePulseMessage.IsBackground = true;
15                         threadSendAndReceivePulseMessage.Start();
16 
17                         Thread threadCheckPulseCount = new Thread(new ThreadStart(ThreadCheckPulseCount));
18                         threadCheckPulseCount.IsBackground = true;
19                         threadCheckPulseCount.Start();
20 
21                         _pulseCount = 0;
22 
23                         OnConnected(new EventArgs());
24                     }
25 
26                 }
27                 Thread.Sleep(_connectInterval);
28 
29             }
30             while (_bWorking && _bAutoReconnect);
31         }

 

 2，收發“心跳”訊息的線程。該線程和服務端進行收發心跳訊息。注意每收到伺服器發來的訊息，應將心跳計數器置零。心跳計數器的含義是已經隔了多少個心跳周期沒收到心跳訊息了。

 

  1         private void ThreadSendAndReceivePulseMessage()

 2         {
 3             while (_bWorking && _bConnected)
 4             {
 5 
 6                 string recv =  _sender.Receive(64);
 7 
 8 
 9                 if (recv == "PULSE")
10                 {
11                     _pulseCount = 0;
12 
13                     _sender.Send("ALIVE");
14                 }
15                 else
16                 { 
17                     _bConnected = false;
18                     _sender.Close();
19                     
20                 }
21                 Thread.Sleep(10);
22             }
23         }

 

 3，檢查心跳計數器的值的線程。該線程每隔指定的時間間隔就檢查一次心跳計數器，當發現已經超過指定心跳周期（比如3次）未接收到心跳訊息，就認為是離線了，則進行相應的處理。

 

  1         private void ThreadCheckPulseCount()

 2         {
 3             while (_bWorking && _bConnected)
 4             {
 5                 Thread.Sleep(_pulseInterval);
 6 
 7                 _pulseCount++;
 8 
 9                 if (_pulseCount > _maxPulseCount)
10                 {
11                     _bConnected = false;
12                     _sender.Close();
13                 }
14 
15                 if (!_bConnected)
16                 {
17                     OnDisconnected(new EventArgs());
18                 }
19             }
20         }

 

 

 在服務端，設計思想類似，需要維護一個“線上列表”，並及時和用戶端通訊，此處省略代碼。

【運行結果與測試】

開啟服務端，並開啟13個用戶端（為了測試聯機的時候的工作情況，使用了虛擬機器，在本機上開了6個用戶端，虛擬機器裡開了7個用戶端）。

 

 

 

 此時關閉服務端，可以看到，所有的用戶端都掉線了。

 

 

 再次啟動服務端，此時所有的用戶端都自動地串連。

 

 

 

 仔細觀察，串連的順序每次並不相同，這是正常的。

直接關閉所有的用戶端。觀察服務端的輸出。

 

 

 

 服務端也能感知所有的用戶端的離線情況。離線的順序和上線的順序並不一定一致，這是正常的。

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