WebSocket：心跳檢測與重連機制，你會嗎？
為什么需要心跳檢測？
正常的情況客戶端斷開連接會向服務(wù)端發(fā)送一個fin包，服務(wù)端收到fin包后得知客戶端連接斷開，則立刻觸發(fā)onClose事件回調(diào)。
心跳包格式：WebSocket協(xié)議RFC6455中有定義控制幀的格式Ping幀包含一個操作碼0x9，Pong幀包含一個操作碼0xA。客戶端發(fā)送Ping幀，服務(wù)端收到Ping幀后回一個響應(yīng)Pong幀。
但是有些極端情況如客戶端掉電、網(wǎng)絡(luò)關(guān)閉、拔網(wǎng)線、路由故障等，這些極端情況客戶端無法發(fā)送fin包給服務(wù)端，服務(wù)端便無法知道連接已經(jīng)斷開。如果客戶端與服務(wù)端定時有心跳數(shù)據(jù)傳輸，則會比較及時的發(fā)現(xiàn)連接斷開，觸發(fā)onClose事件回調(diào)。
另外路由節(jié)點防火墻會關(guān)閉長時間不通訊的socket連接，導(dǎo)致socket長連接斷開。所以需要客戶端與服務(wù)端定時發(fā)送心跳數(shù)據(jù)保持連接不被斷開。
心跳原理
客戶端定時每X秒(推薦小于60秒)向服務(wù)端發(fā)送特定數(shù)據(jù)(任意數(shù)據(jù)都可)，服務(wù)端設(shè)定為X秒沒有收到客戶端心跳則認(rèn)為客戶端掉線，并關(guān)閉連接觸發(fā)onClose回調(diào)。這樣即通過心跳檢測請求維持了連接(避免連接因長時間不活躍而被網(wǎng)關(guān)防火墻關(guān)閉)，也能讓服務(wù)端比較及時的知道客戶端是否異常掉線。
心跳包機制
WebSocket心跳包機制WebSocket心跳包是WebSocket協(xié)議的保活機制，用于維持長連接。有效的心跳包可以防止長時間不通訊時，WebSocket自動斷開連接。
心跳包是指在一定時間間隔內(nèi)，WebSocket發(fā)送的空數(shù)據(jù)包。常見的WebSocket心跳包機制如下：
客戶端
客戶端定時向服務(wù)器發(fā)送心跳數(shù)據(jù)包，以保持長連接。
this.heartbeatTimer = setInterval(() => {
ws.send('{"event":"ping","content":"ping heartbeat"}');
}, originData.ping_interval)服務(wù)端
服務(wù)器定時向客戶端發(fā)送心跳數(shù)據(jù)包，以檢測客戶端連接是否正常。
$gateway = new Gateway("websocket://0.0.0.0:8783");
$gateway->pingInterval = 55;
$gateway->pingNotResponseLimit = 0;
// 服務(wù)端定時向客戶端發(fā)送的數(shù)據(jù)
$gateway->pingData = '{"type":"ping"}';以上服務(wù)端會定時55秒給客戶端發(fā)心跳數(shù)據(jù){"type":"ping"}，而客戶端不需要定時向服務(wù)端發(fā)送心跳數(shù)據(jù)。
- pingNotResponseLimit = 0代表服務(wù)端允許客戶端不發(fā)送心跳，服務(wù)端不會因為客戶端長時間沒發(fā)送數(shù)據(jù)而斷開連接。
- pingNotResponseLimit = 1，則代表客戶端必須定時發(fā)送數(shù)據(jù)給服務(wù)端，否則pingNotResponseLimit*pingInterval=55秒內(nèi)沒有任何數(shù)據(jù)發(fā)來則關(guān)閉對應(yīng)連接，并觸發(fā)onClose。
說明
- Gateway::$pingInterval心跳檢測時間間隔 單位：秒。如果設(shè)置為0代表不做任何心跳檢測。
- Gateway::$pingNotResponseLimit 客戶端連續(xù)$pingNotResponseLimit次$pingInterval時間內(nèi)不發(fā)送任何數(shù)據(jù)(包括但不限于心跳數(shù)據(jù))則斷開鏈接，并觸發(fā)onClose。如果設(shè)置為0代表客戶端不用發(fā)送心跳數(shù)據(jù)，即通過TCP層面檢測連接的連通性（極端情況至少10分鐘才能檢測到連接斷開，甚至可能永遠(yuǎn)檢測不到）
- Gateway::$pingData 當(dāng)需要服務(wù)端定時給客戶端發(fā)送心跳數(shù)據(jù)時， $gateway->pingData設(shè)置為服務(wù)端要發(fā)送的心跳請求數(shù)據(jù)，心跳數(shù)據(jù)是任意的，只要客戶端能識別即可。客戶端收到心跳數(shù)據(jù)可以忽略不做任何處理。
注意
當(dāng)設(shè)置為服務(wù)端主動發(fā)送心跳時，心跳間隔并不是100%精準(zhǔn)。當(dāng)客戶端連接成功后，服務(wù)端發(fā)來的第一個心跳的時間間隔可能要小于服務(wù)器設(shè)置的值。
當(dāng)設(shè)置為服務(wù)端主動發(fā)送心跳時，如果客戶端最近有發(fā)來數(shù)據(jù)，那么證明客戶端存活，服務(wù)端會省略一個心跳，下個心跳大約1.5*$gateway->pingInterval秒后發(fā)送。
如果心跳是客戶端發(fā)送，$gateway->pingNotResponseLimit最好大于0，這樣可以及時檢測到一些死連接(連接已經(jīng)斷開，但是服務(wù)端不知道)
心跳機制原理
WebSocket心跳機制的原理是利用心跳包及時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，保證WebSocket長連接不被斷開。
WebSocket心跳機制的原理可以用下面的流程來說明：
- 客戶端建立WebSocket連接。
- 客戶端向服務(wù)器發(fā)送心跳數(shù)據(jù)包，服務(wù)器接收并返回一個表示接收到心跳數(shù)據(jù)包的響應(yīng)。
- 當(dāng)服務(wù)器沒有及時接收到客戶端發(fā)送的心跳數(shù)據(jù)包時，服務(wù)器會發(fā)送一個關(guān)閉連接的請求。
- 服務(wù)器定時向客戶端發(fā)送心跳數(shù)據(jù)包，客戶端接收并返回一個表示接收到心跳數(shù)據(jù)包的響應(yīng)。
- 當(dāng)客戶端沒有及時接收到服務(wù)器發(fā)送的心跳數(shù)據(jù)包時，客戶端會重新連接WebSocket
心跳機制作用
- 保持WebSocket連接不被斷開。
- 檢測WebSocket連接狀態(tài)，及時處理異常情況。
- 減少WebSocket連接及服務(wù)器資源的消耗。
完整代碼
服務(wù)端心跳（不推薦）
修改配置文件config\plugin\webman\gateway-worker\process.php進程配置文件。
'pingInterval' => 30,
'pingNotResponseLimit' => 0,
'pingData' => '{"event":"ping","msg":"我是服務(wù)端主動心跳檢測"}',控制臺檢測記錄
圖片
客戶端心跳（推薦）
let $timeout = null;
let ws = new WebSocket("ws://127.0.0.1:8783");
ws.onopen = function(evt) {
let $_content = {
"event": "join",
"mode": 1,
"group_id": 0,
"from_user_id": "10086",
"from_username": "開源技術(shù)小棧",
"to_user_id": "10000",
"content": "加入會話",
};
ws.send(JSON.stringify($_content));
};
ws.onmessage = function(evt) {
console.log( "【開源技術(shù)小棧】接受消息: " + evt.data);
let _obj = JSON.parse(evt.data);
if (_obj.data.event === 'init') {
sendHeartbeat();
}
};
function sendHeartbeat() {
console.log('客戶端定時發(fā)送心跳');
ws.send('{"event":"ping","content":"開源技術(shù)小棧我在線呢!"}');
$timeout = setTimeout(sendHeartbeat, 3000);
}
ws.onclose = function() {
clearTimeout($timeout);
console.log('沒有網(wǎng)了，睡覺去了');
};控制臺檢測記錄
圖片
斷線重連
不管是客戶端發(fā)送心跳還是服務(wù)端發(fā)送心跳，連接都有斷開的可能。例如瀏覽器最小化js被暫停、瀏覽器切換到其它tab頁面js被暫停、電腦進入睡眠等等、移動端切換網(wǎng)絡(luò)、信號變?nèi)酢⑹謾C黑屏、手機應(yīng)用切換到后臺、路由故障、業(yè)務(wù)主動斷開等。尤其是外網(wǎng)環(huán)境復(fù)雜，很多路由節(jié)點會清理1分鐘內(nèi)不活躍的連接，這也是為什么心跳間隔推薦小于1分鐘的原因。
連接在外網(wǎng)環(huán)境很容易被斷開，所以斷線重連是長連接應(yīng)用必須具備的功能(斷線重連只能客戶端做，服務(wù)端無法實現(xiàn))。例如瀏覽器websocket需要監(jiān)聽onclose事件，當(dāng)發(fā)生onclose時建立新的連接(為避免需崩可延建立連接)。更嚴(yán)格一點，服務(wù)端也應(yīng)該定時發(fā)起心跳數(shù)據(jù)，并且客戶端需要定時監(jiān)測服務(wù)端的心跳數(shù)據(jù)是否超時，超過規(guī)定時間未收到服務(wù)端心跳數(shù)據(jù)應(yīng)該認(rèn)定連接已經(jīng)斷開，需要執(zhí)行close關(guān)閉連接，并重新建立新的連接。
