深入原理学习之–TCP长连接与心跳保活

终于点题了，文题中提到的心跳便是一个本文想要重点强调的另一个 TCP 相关的知识点。上一节我们已经解释过了，网络层面的 KeepAlive 不足以支撑应用级别的连接可用性，本节就来聊聊应用层的心跳机制是实现连接保活的。

如何理解应用层的心跳?简单来说，就是客户端会开启一个定时任务，定时对已经建立连接的对端应用发送请求(这里的请求是特殊的心跳请求)，服务端则需要特殊处理该请求，返回响应。如果心跳持续多次没有收到响应，客户端会认为连接不可用，主动断开连接。不同的服务治理框架对心跳，建连，断连，拉黑的机制有不同的策略，但大多数的服务治理框架都会在应用层做心跳，Dubbo 也不例外。

应用层心跳的设计细节

以 Dubbo 为例，支持应用层的心跳，客户端和服务端都会开启一个HeartBeatTask，客户端在HeaderExchangeClient中开启，服务端将在HeaderExchangeServer开启。文章开头埋了一个坑：Dubbo 为什么在服务端同时维护Map呢?主要就是为了给心跳做贡献，心跳定时任务在发现连接不可用时，会根据当前是客户端还是服务端走不同的分支，客户端发现不可用，是重连;服务端发现不可用，是直接 close。

// HeartBeatTask 
 
if (channel instanceof Client) { 
 
((Client) channel).reconnect(); 
 
} else { 
 
channel.close(); 
 
} 

熟悉其他 RPC 框架的同学会发现，不同框架的心跳机制真的是差距非常大。心跳设计还跟连接创建，重连机制，黑名单连接相关，还需要具体框架具体分析。

除了定时任务的设计，还需要在协议层面支持心跳。最简单的例子可以参考 nginx 的健康检查，而针对 Dubbo 协议，自然也需要做心跳的支持，如果将心跳请求识别为正常流量，会造成服务端的压力问题，干扰限流等诸多问题。

dubbo protocol

其中 Flag 代表了 Dubbo 协议的标志位，一共 8 个地址位。低四位用来表示消息体数据用的序列化工具的类型(默认 hessian)，高四位中，第一位为1表示是 request 请求，第二位为 1 表示双向传输(即有返回response)，第三位为 1 表示是心跳事件。

心跳请求应当和普通请求区别对待。

注意和 HTTP 的 KeepAlive 区别对待

• HTTP 协议的 KeepAlive 意图在于连接复用，同一个连接上串行方式传递请求-响应数据
• TCP 的 KeepAlive 机制意图在于保活、心跳，检测连接错误。

这压根是两个概念。

KeepAlive 常见错误

启用 TCP KeepAlive 的应用程序，一般可以捕获到下面几种类型错误

1. ETIMEOUT 超时错误，在发送一个探测保护包经过 (tcp_keepalive_time + tcp_keepalive_intvl * tcp_keepalive_probes)时间后仍然没有接收到 ACK 确认情况下触发的异常，套接字被关闭
2. java.io.IOException: Connection timed out
3. EHOSTUNREACH host unreachable(主机不可达)错误，这个应该是 ICMP 汇报给上层应用的。
4. java.io.IOException: No route to host
5. 链接被重置，终端可能崩溃死机重启之后，接收到来自服务器的报文，然物是人非，前朝往事，只能报以无奈重置宣告之。
6. java.io.IOException: Connection reset by peer

总结

有三种使用 KeepAlive 的实践方案：

默认情况下使用 KeepAlive 周期为 2 个小时，如不选择更改，属于误用范畴，造成资源浪费：内核会为每一个连接都打开一个保活计时器，N 个连接会打开 N 个保活计时器。 优势很明显：

• TCP 协议层面保活探测机制，系统内核完全替上层应用自动给做好了
• 内核层面计时器相比上层应用，更为高效
• 上层应用只需要处理数据收发、连接异常通知即可
• 数据包将更为紧凑

1. 关闭 TCP 的 KeepAlive，完全使用应用层心跳保活机制。由应用掌管心跳，更灵活可控，比如可以在应用级别设置心跳周期，适配私有协议。
2. 业务心跳 + TCP KeepAlive 一起使用，互相作为补充，但 TCP 保活探测周期和应用的心跳周期要协调，以互补方可，不能够差距过大，否则将达不到设想的效果。

各个框架的设计都有所不同，例如 Dubbo 使用的是方案三，但阿里内部的 HSF 框架则没有设置 TCP 的 KeepAlive，仅仅由应用心跳保活。和心跳策略一样，这和框架整体的设计相关。

（编辑：核心网）

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