文章目录
TCP建立长连接长连接和短连接长连接的优势TCP KEEPALIVE
心跳包心跳检测步骤
断线重连断线重连函数实现
实例服务端客户端程序功能演示效果
TCP建立长连接
长连接和短连接
长连接是指不论TCP的客户端和服务器之间是否有数据传输，都保持建立的TCP连接；短连接则不同，一旦两者之间的数据传输完毕，则立即断开连接，下次需要传输数据时再重新创建连接
长连接的优势
由于TCP建立连接需要进行三次握手，每次建立连接都需要进行资源消耗，对于频繁请求资源的客户端而言，长连接可减少大量开销
TCP KEEPALIVE
TCP中默认包含一个keep-alive机制用于检测连接是否可用，TCP在链路空闲时定时（默认两小时）发送数据给对方，双方处理结果如下：
主机可达，对方收到数据之后响应ACK应答，则连接正常主机可达，但程序退出，对方则发送RST应答，发送TCP撤销连接主机可达，但程序崩溃，对方发送FIN消息
对方主机不响应ACK、RST，继续发送消息直到超时（两小时），就撤销连接
虽然TCP已经有了keep-alive机制保证连接的可靠性，但是其仍有一定的局限性
keep-alive只能检测连接是否存活，但无法检测其是否可用。例如：socket连接虽然存在，但是无法对该连接进行读写操作，keep-alive机制是无法获知的keep-alive的灵活性不够，其默认间隔为两小时，无法及时获知TCP连接情况keep-alive无法检测到机器断电、网线拔出、防火墙等导致的断线问题
心跳包
心跳包就是探测性的数据包，因为它像心跳一样每隔固定时间发送，以此来通知服务器自己仍处于存活状态，以保持长连接。心跳包的内容基本没有要求，一般是很小的数据包，或者是仅包含包头的空包
如果不主动关闭socket，操作系统是不会将其关闭的，这样socket所在的进程如果没有挂掉，则socket所占用的资源将一直无法回收。不仅如此，防火墙会自动关闭一定时间没有进行数据交互的连接。因此，我们需要自己实现心跳包，用于长连接的保活、断线处理及资源回收等操作。
一般来说，心跳包的频率为30~40秒，如果对实时性要求较高，则可进一步减小时间间隔
心跳检测步骤
客户端定时发送探测包给服务器，同时启动超时定时器服务器接收到检测包之后就回复一个数据包客户端如果接收到服务器的返信，则表示服务器正常，定时器结束如果客户端定时器超时仍没有接收到服务器返信，则表示服务器停止工作
断线重连
长连接断开原因 在长连接通信过程中，双方的所有通信都建立在1条长连接上（1次TCP连接），因此连接需要持续保持双方连接才可使得双方持续通信 长连接会存在断开的情况，而断开原因主要是：
长连接所在进程被杀死 NAT超时网络状态发生变化其他不可抗因素（网络状态差、DHCP的租期等等 ）
维持长连接的另一个方法是断线重连
如果服务器因为某种故障导致连接无法正常使用，客户端使用心跳检测发现了服务器端掉线，则客户端可进行断线重连操作
我们将之前写的Linux创建tcp连接流程中的程序的客户端进行修改，进而实现服务器断开连接之后，客户端会自动重连
断线重连函数实现
void reconnect()
{
printf("------Reconnect ...-----\n");
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
struct sockaddr_in saddr;
saddr.sin_family = AF_INET;
saddr.sin_port = htons(6666);
saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
int retry = 5; //掉线后重连五次，期间重连成功直接退出
while(retry > 0)
{
confd = connect(sockfd,(struct sockaddr*)&saddr,sizeof(saddr));
if(confd < 0)
perror("connect");
else
break;
sleep(3);
retry--;
}
}
需要注意的是，在判断连接是否断开时，可以判断recv函数是否成功，而非send函数 原因在于，send函数在将数据发送出去就立即返回，不论传输是否成功； 而recv是等数据传输完成之后才会返回，因此使用recv的结果作为判断连接是否成功才更为准确
实例
服务端
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define MAXLINE 4096
int main() {
int sockfd, connfd;
struct sockaddr_in servaddr;
char buff[MAXLINE];
int n;
if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) {
printf("Create socket error: %s (errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
return 0;
}
int opt = 1;
setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));
memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
servaddr.sin_port = htons(6666);
if (bind(sockfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) == -1) {
printf("Bind socket error: %s (errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
return 0;
}
if (listen(sockfd, 10) == -1) {
printf("Listen socket error: %s (errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
return 0;
}
printf("====Waiting for client's request=======\n");
while (1) {
if ((connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)NULL, NULL)) == -1) {
printf("Accept socket error: %s (errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
continue;
}
while (1) {
n = recv(connfd, buff, MAXLINE, 0);
if (n <= 0) {
if (n == 0) {
printf("Client disconnected\n");
} else {
printf("Recv error: %s (errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
}
break;
}
buff[n] = '\0';
printf("Recv msg from client: %s\n", buff);
if(!strcmp(buff, "keepalive"))
continue;
memset(buff, 0x00, sizeof(buff));
printf("send msg to Client: ");
fgets(buff, MAXLINE, stdin);
if (send(connfd, buff, strlen(buff), 0) < 0) {
printf("send msg error: %s(errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
break;
}
}
close(connfd);
}
close(sockfd);
return 0;
}
客户端
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define MAXLINE 4096
int sockfd = 0;
int confd = 0;
int count = 0;
char ipAddr[24] = "";
int reconnect() {
close(sockfd);
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (sockfd < 0) {
perror("socket");
return 0;
}
struct sockaddr_in saddr;
saddr.sin_family = AF_INET;
saddr.sin_port = htons(6666);
saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ipAddr);
int retry = 5;
while (retry > 0) {
confd = connect(sockfd, (struct sockaddr*)&saddr, sizeof(saddr));
if (confd < 0) {
perror("connect");
} else {
return 1;
}
sleep(3);
printf("------Reconnect ...-----\n");
retry--;
}
return 0;
}
void printMes(int signo) {
char heartData[12] = "keepalive";
printf("Get a SIGALRM, %d counts!\n", ++count);
if (send(sockfd, heartData, strlen(heartData), 0) < 0) {
printf("send msg error: %s(errno :%d)\n", strerror(errno), errno);
if (0 == reconnect()) {
printf("The reconnect failed!!!\n");
return;
}
}
}
void initTimer() {
struct itimerval tick;
signal(SIGALRM, printMes);
memset(&tick, 0, sizeof(tick));
tick.it_value.tv_sec = 10;
tick.it_value.tv_usec = 0;
tick.it_interval.tv_sec = 10;
tick.it_interval.tv_usec = 0;
if (setitimer(ITIMER_REAL, &tick, NULL) < 0) {
printf("Set timer failed!\n");
}
}
int main(int argc, char** argv) {
int n;
char recvline[4096], sendline[4096];
struct sockaddr_in servaddr;
if (argc != 2) {
printf("usage: ./client
return 0;
}
memcpy(ipAddr, argv[1], sizeof(ipAddr));
if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) {
printf("create socket error: %s (errno :%d)\n", strerror(errno), errno);
return 0;
}
memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_port = htons(6666);
if (inet_pton(AF_INET, ipAddr, &servaddr.sin_addr) <= 0) {
printf("inet_pton error for %s\n", argv[1]);
return 0;
}
if ((confd = connect(sockfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr))) < 0) {
printf("connect socket error: %s(errno :%d)\n", strerror(errno), errno);
return 0;
}
initTimer();
while (1) {
memset(sendline, 0x00, sizeof(sendline));
printf("send msg to server:\n");
fgets(sendline, 4096, stdin);
if (strstr(sendline, "exit")) {
printf("The socket is free....\n");
break;
}
if (send(sockfd, sendline, strlen(sendline), 0) < 0) {
printf("send msg error: %s(errno :%d)\n", strerror(errno), errno);
if (0 == reconnect()) {
return 0;
}
}
n = recv(sockfd, recvline, MAXLINE, 0);
if (n < 0) {
printf("recv error: %s(errno :%d)\n", strerror(errno), errno);
if (0 == reconnect()) {
return 0;
}
} else if (n == 0) {
printf("server closed connection\n");
if (0 == reconnect()) {
return 0;
}
} else {
recvline[n] = '\0';
printf("recv msg from server: %s\n", recvline);
}
}
close(sockfd);
return 0;
}
程序功能
先启动服务端，等待客户端进行连接。如果客户端发起连接后，每隔10s发送一个心跳包
如果服务端接受到心跳包，则不输入内容，直接等待下一次客户端发送的信息；如果客户端接受到字符串，则等待服务端输入字符串进行回应；如果客户端在发送字符串后，没有收到回应信息，则重新发起连接请求；
演示效果
程序手动在服务端执行过程中，输入ctrl+C关闭服务端进程，在客户端重连次数之内再重新打开即可
客户端 服务端