使用心跳机制实现CS架构下多客户端的在线状态实时更新以及掉线自动重连

此文讲述的内容是一个实际项目开发中的一部分内容，笔者将亲身经历写成文章。

【背景】

现需要实现这样的功能：有多个客户端连着同一个服务器。服务器和客户端之间需要“互相”知道彼此的连接状态。比如在某一时刻，服务器需要知道当前有多少个客户端正在和其通信；某一个时刻，某个客户端需要知道自己是否和服务器保持连接。如果在某一时刻，一个客户端关闭了，服务端应能及时感觉到；同样，如果服务端被关闭，所有的客户端应能及时感觉到，并作出一些反应。

【思考】

看到这个需求，直观上的反应就是在服务端维护一个在线列表。当服务端的监听器监听到一个连接，就把该连接对应的客户端信息加入这个在线列表。这样就完成了对上线状况的记录。但下一个问题是如何让服务器知道客户端的离线状况呢？我们可能会想到，让客户端在关闭前发送一个消息到服务端，服务端收到消息后就把客户端置为离线状态。但是，在更多情况下，客户端并不是这么“友好”地关闭的。应用程序崩溃、网络连接被重置、机器死机等情况下，客户端来不及发送“离线通知”给服务端就挂掉了。这时，需要有一套机制，能让服务端和客户端彼此对对方的在线状态保持清醒。

【概念】

何谓“心跳”？心跳就是指“活着”的客户端或服务端每隔一定的时间就互相发送接收一个消息，告诉对方自己“活着”。当客户端或服务端超过一定的时间间隔尚未收到对方的“心跳”消息，就认为对方“死了”。这就是“心跳机制”的核心思想。

【设计实现】

在客户端，除了 UI 外，需要三个线程在后台工作。

1，自动连接的线程。该线程可以实现每隔指定时间就检查一次连接状态，如果发现当前是“离线”状态，就自动发起向服务端的一次连接。

1 private void ThreadConnect()

2         {
3             do
4             {
5
6                 if (!_bConnected)
7                 {
8                     _bConnected = _sender.Connect(_ip, _port);
9
10                     if (_bConnected)
11                     {
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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，收发“心跳”消息的线程。该线程和服务端进行收发心跳消息。注意每收到服务器发来的消息，应将心跳计数器置零。心跳计数器的含义是已经隔了多少个心跳周期没收到心跳消息了。

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，检查心跳计数器的值的线程。该线程每隔指定的时间间隔就检查一次心跳计数器，当发现已经超过指定心跳周期（比如3次）未接收到心跳消息，就认为是离线了，则进行相应的处理。

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         }

在服务端，设计思想类似，需要维护一个“在线列表”，并及时和客户端通信，此处省略代码。

【运行结果与测试】

开启服务端，并开启13个客户端（为了测试联机的时候的工作情况，使用了虚拟机，在本机上开了6个客户端，虚拟机里开了7个客户端）。