为什么需要心跳检测?
正常的情况客户端断开连接会向服务端发送一个fin包,服务端收到fin包后得知客户端连接断开,则立刻触发onClose事件回调。
心跳包格式:WebSocket协议RFC6455中有定义控制帧的格式Ping
帧包含一个操作码0x9
,Pong
帧包含一个操作码0xA
。客户端发送Ping帧,服务端收到Ping帧后回一个响应Pong帧。
但是有些极端情况如客户端掉电、网络关闭、拔网线、路由故障等,这些极端情况客户端无法发送fin包给服务端,服务端便无法知道连接已经断开。如果客户端与服务端定时有心跳数据传输,则会比较及时的发现连接断开,触发onClose事件回调。
另外路由节点防火墙会关闭长时间不通讯的socket连接,导致socket长连接断开。所以需要客户端与服务端定时发送心跳数据保持连接不被断开。
心跳原理
客户端定时每X秒(推荐小于60秒)向服务端发送特定数据(任意数据都可),服务端设定为X秒没有收到客户端心跳则认为客户端掉线,并关闭连接触发onClose回调。这样即通过心跳检测请求维持了连接(避免连接因长时间不活跃而被网关防火墙关闭),也能让服务端比较及时的知道客户端是否异常掉线。
心跳包机制
WebSocket心跳包机制 WebSocket心跳包是WebSocket协议的保活机制,用于维持长连接。有效的心跳包可以防止长时间不通讯时,WebSocket自动断开连接。
心跳包是指在一定时间间隔内,WebSocket发送的空数据包。常见的WebSocket心跳包机制如下:
客户端
客户端定时向服务器发送心跳数据包,以保持长连接。
this.heartbeatTimer = setInterval(() => {
ws.send('{"event":"ping","content":"ping heartbeat"}');
}, originData.ping_interval)
服务端
服务器定时向客户端发送心跳数据包,以检测客户端连接是否正常。
$gateway = new Gateway("websocket://0.0.0.0:8783");
$gateway->pingInterval = 55;
$gateway->pingNotResponseLimit = 0;
// 服务端定时向客户端发送的数据
$gateway->pingData = '{"type":"ping"}';
以上服务端会定时55秒给客户端发心跳数据{"type":"ping"}
,而客户端不需要定时向服务端发送心跳数据。
pingNotResponseLimit = 0
代表服务端允许客户端不发送心跳,服务端不会因为客户端长时间没发送数据而断开连接。pingNotResponseLimit = 1
,则代表客户端必须定时发送数据给服务端,否则pingNotResponseLimit*pingInterval=55
秒内没有任何数据发来则关闭对应连接,并触发onClose
。
说明:
Gateway::$pingInterval
心跳检测时间间隔 单位:秒。如果设置为0代表不做任何心跳检测。Gateway::$pingNotResponseLimit
客户端连续$pingNotResponseLimit
次$pingInterval
时间内不发送任何数据(包括但不限于心跳数据)则断开链接,并触发onClose。如果设置为0代表客户端不用发送心跳数据,即通过TCP层面检测连接的连通性(极端情况至少10分钟才能检测到连接断开,甚至可能永远检测不到)Gateway::$pingData
当需要服务端定时给客户端发送心跳数据时,$gateway->pingData
设置为服务端要发送的心跳请求数据,心跳数据是任意的,只要客户端能识别即可。客户端收到心跳数据可以忽略不做任何处理。
注意
当设置为服务端主动发送心跳时,心跳间隔并不是100%精准。当客户端连接成功后,服务端发来的第一个心跳的时间间隔可能要小于服务器设置的值。
当设置为服务端主动发送心跳时,如果客户端最近有发来数据,那么证明客户端存活,服务端会省略一个心跳,下个心跳大约1.5*$gateway->pingInterval
秒后发送。
如果心跳是客户端发送,$gateway->pingNotResponseLimit
最好大于0,这样可以及时检测到一些死连接(连接已经断开,但是服务端不知道)
心跳机制原理
WebSocket心跳机制的原理是利用心跳包及时发送和接收数据,保证WebSocket长连接不被断开。
WebSocket心跳机制的原理可以用下面的流程来说明:
- 客户端建立WebSocket连接。
- 客户端向服务器发送心跳数据包,服务器接收并返回一个表示接收到心跳数据包的响应。
- 当服务器没有及时接收到客户端发送的心跳数据包时,服务器会发送一个关闭连接的请求。
- 服务器定时向客户端发送心跳数据包,客户端接收并返回一个表示接收到心跳数据包的响应。
- 当客户端没有及时接收到服务器发送的心跳数据包时,客户端会重新连接WebSocket
心跳机制作用
- 保持WebSocket连接不被断开。
- 检测WebSocket连接状态,及时处理异常情况。
- 减少WebSocket连接及服务器资源的消耗。
完整代码
服务端心跳(不推荐)
修改配置文件config\plugin\webman\gateway-worker\process.php
进程配置文件。
'pingInterval' => 30,
'pingNotResponseLimit' => 0,
'pingData' => '{"event":"ping","msg":"我是服务端主动心跳检测"}',
控制台检测记录
客户端心跳(推荐)
let $timeout = null;
let ws = new WebSocket("ws://127.0.0.1:8783");
ws.onopen = function(evt) {
let $_content = {
"event": "join",
"mode": 1,
"group_id": 0,
"from_user_id": "10086",
"from_username": "开源技术小栈",
"to_user_id": "10000",
"content": "加入会话",
};
ws.send(JSON.stringify($_content));
};
ws.onmessage = function(evt) {
console.log( "【开源技术小栈】接受消息: " + evt.data);
let _obj = JSON.parse(evt.data);
if (_obj.data.event === 'init') {
sendHeartbeat();
}
};
function sendHeartbeat() {
console.log('客户端定时发送心跳');
ws.send('{"event":"ping","content":"开源技术小栈我在线呢!"}');
$timeout = setTimeout(sendHeartbeat, 3000);
}
ws.onclose = function() {
clearTimeout($timeout);
console.log('没有网了,睡觉去了');
};
断线重连
不管是客户端发送心跳还是服务端发送心跳,连接都有断开的可能。例如浏览器最小化js被暂停、浏览器切换到其它tab页面js被暂停、电脑进入睡眠等等、移动端切换网络、信号变弱、手机黑屏、手机应用切换到后台、路由故障、业务主动断开等。尤其是外网环境复杂,很多路由节点会清理1分钟内不活跃的连接,这也是为什么心跳间隔推荐小于1分钟的原因。
连接在外网环境很容易被断开,所以断线重连是长连接应用必须具备的功能(断线重连只能客户端做,服务端无法实现)。例如浏览器websocket需要监听onclose事件,当发生onclose时建立新的连接(为避免需崩可延建立连接)。更严格一点,服务端也应该定时发起心跳数据,并且客户端需要定时监测服务端的心跳数据是否超时,超过规定时间未收到服务端心跳数据应该认定连接已经断开,需要执行close关闭连接,并重新建立新的连接。
文章相关源码地址:https://github.com/Tinywan/webman-admin
作者:Tinywan
来源:开源技术小栈
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