1. 心跳機(jī)制簡(jiǎn)介

在長(zhǎng)連接下，可能很長(zhǎng)一段時(shí)間都沒有數(shù)據(jù)往來。理論上說，這個(gè)連接是一直保持連接的，但是實(shí)際情況中，如果中間節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)什么故障是難以知道的。更致命的是，有的節(jié)點(diǎn)（防火墻）會(huì)自動(dòng)把一定時(shí)間之內(nèi)沒有數(shù)據(jù)交互的連接給斷掉。這個(gè)時(shí)候，就可以使用心跳包，來維持長(zhǎng)連接以及保活

心跳機(jī)制就是每隔幾分鐘發(fā)送一個(gè)固定信息給服務(wù)端，服務(wù)端收到后回復(fù)一個(gè)固定信息如果服務(wù)端幾分鐘內(nèi)沒有收到客戶端信息則視客戶端斷開。發(fā)包方可以是客戶也可以是服務(wù)端，具體看哪邊實(shí)現(xiàn)更方便合理

(資料圖)

心跳包的發(fā)送通常有以下兩種技術(shù)：

1、應(yīng)用層自已實(shí)現(xiàn)的心跳包：

由應(yīng)用程序自己發(fā)送心跳包來檢測(cè)連接是否正常，服務(wù)器每隔一定時(shí)間向客戶端發(fā)送一個(gè)短小的數(shù)據(jù)包，然后啟動(dòng)一個(gè)線程，在線程中不斷檢測(cè)客戶端的回應(yīng)， 如果在一定時(shí)間內(nèi)沒有收到客戶端的回應(yīng)，即認(rèn)為客戶端已經(jīng)掉線；同樣，如果客戶端在一定時(shí)間內(nèi)沒有收到服務(wù)器的心跳包，則認(rèn)為連接不可用

2、使用SO_KEEPALIVE套接字選項(xiàng)：

在TCP的機(jī)制里面，本身是存在有心跳包的機(jī)制的，也就是TCP的選項(xiàng). 不論是服務(wù)端還是客戶端，一方開啟KeepAlive功能后，就會(huì)自動(dòng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)向?qū)Ψ桨l(fā)送心跳包， 而另一方在收到心跳包后就會(huì)自動(dòng)回復(fù)，以告訴對(duì)方我仍然在線

2. 心跳檢測(cè)實(shí)現(xiàn)

2.1 setsockopt函數(shù)介紹

函數(shù)功能：設(shè)置與某個(gè)套接字關(guān)聯(lián)的選項(xiàng)。選項(xiàng)可能存在于多層協(xié)議中，它們總會(huì)出現(xiàn)在最上面的套接字層。當(dāng)操作套接字選項(xiàng)時(shí)，選項(xiàng)位于的層和選項(xiàng)的名稱必須給出。為了操作套接字層的選項(xiàng)，應(yīng)該將層的值指定為SOL_SOCKET。為了操作其它層的選項(xiàng)，控制選項(xiàng)的合適協(xié)議號(hào)必須給出。例如，為了表示一個(gè)選項(xiàng)由TCP協(xié)議解析，層應(yīng)該設(shè)定為協(xié)議號(hào)TCP

函數(shù)原型：int setsockopt(int sock, //將要被設(shè)置選項(xiàng)的套接字int level, //選項(xiàng)所在的協(xié)議層int optname, //需要訪問的選項(xiàng)名const void *optval, //指向包含新選項(xiàng)值得緩沖socklen_t optlen)//現(xiàn)選項(xiàng)的長(zhǎng)度返 回 值：成功返回0；失敗返回-1

參數(shù)（level）詳細(xì)說明：level是指定控制套接字的層次，可以取如下三種值

SOL_SOCKET：通用套接字選項(xiàng)

選項(xiàng)名稱(optname)

說明

數(shù)據(jù)類型========================================================================SO_BROADCAST

允許發(fā)送廣播數(shù)據(jù)

intSO_DEBUG

允許調(diào)試

intSO_DONTROUTE

不查找

intSO_ERROR

獲得套接字錯(cuò)誤

intSO_KEEPALIVE

保持連接

intSO_LINGER

延遲關(guān)閉連接

struct lingerSO_OOBINLINE

帶外數(shù)據(jù)放入正常數(shù)據(jù)流

intSO_RCVBUF

接收緩沖區(qū)大小

intSO_SNDBUF

發(fā)送緩沖區(qū)大小

intSO_RCVLOWAT

接收緩沖區(qū)下限

intSO_SNDLOWAT

發(fā)送緩沖區(qū)下限

intSO_RCVTIMEO

接收超時(shí)

struct timevalSO_SNDTIMEO

發(fā)送超時(shí)

struct timevalSO_REUSERADDR

允許重用本地地址和端口

intSO_TYPE

獲得套接字類型

intSO_BSDCOMPAT

與BSD系統(tǒng)兼容

int========================================================================

IPPROTO_IP：IP選項(xiàng)

選項(xiàng)名稱(optname)

說明

數(shù)據(jù)類型========================================================================IP_HDRINCL

在數(shù)據(jù)包中包含IP首部

intIP_OPTINOS

IP首部選項(xiàng)

intIP_TOS

類型IP_TTL

生存時(shí)間

int========================================================================

IPPROTO_TCP：TCP選項(xiàng)

選項(xiàng)名稱(optname)

說明

數(shù)據(jù)類型========================================================================TCP_MAXSEG

TCP最大數(shù)據(jù)段的大小

intTCP_NODELAY

不使用Nagle算法

int========================================================================

2.2 心跳機(jī)制的實(shí)現(xiàn)

該實(shí)例實(shí)現(xiàn)的功能：在TCP客戶端代碼中加入心跳機(jī)制，使服務(wù)端在斷網(wǎng)重連（與客戶端）后，能自動(dòng)保持連接

參考Socket API編程優(yōu)化一文，在該文的工程源碼基礎(chǔ)上進(jìn)行修改keepalive宏開關(guān)：將opt.h文件中的LWIP_TCP_KEEPALIVE宏定義開啟

/** * LWIP_TCP_KEEPALIVE==1: Enable TCP_KEEPIDLE, TCP_KEEPINTVL and TCP_KEEPCNT * options processing. Note that TCP_KEEPIDLE and TCP_KEEPINTVL have to be set * in seconds. (does not require sockets.c, and will affect tcp.c) */#if !defined LWIP_TCP_KEEPALIVE || defined __DOXYGEN__#define LWIP_TCP_KEEPALIVE              1#endif

setsockopt參數(shù)含義：sockets.h文件中可以看到如下setsockopt參數(shù)的設(shè)置

#define SO_KEEPALIVE   0x0008  /* 保持連接 */  #define TCP_KEEPIDLE   0x03    /* 發(fā)送心跳空閑周期 S*/ #define TCP_KEEPINTVL  0x04    /* 發(fā)送心跳間隔 S */  #define TCP_KEEPCNT    0x05    /* 心跳重發(fā)次數(shù) */

在工程中創(chuàng)建tcp_keepalive.c和對(duì)應(yīng)的頭文件

#include "socket_tcp_server.h"#include "tcp_keepalive.h"#include "socket_wrap.h"#include "ctype.h"#include "FreeRTOS.h"#include "task.h"static char ReadBuff[BUFF_SIZE];void vTcpKeepaliveTask(void){  int cfd, n, i, ret;  struct sockaddr_in server_addr;  int so_keepalive_val = 1;  int tcp_keepalive_idle = 3;  int tcp_keepalive_intvl = 3;  int tcp_keepalive_cnt = 3;  int tcp_nodelay = 1;again:  //創(chuàng)建socket  cfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);  //使能socket層的心跳檢測(cè)  setsockopt(cfd, SOL_SOCKET, SO_KEEPALIVE, &so_keepalive_val, sizeof(int));  server_addr.sin_family = AF_INET;  server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);  server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_IP);  /*連接到服務(wù)器（connect是一個(gè)阻塞接口，內(nèi)部要完成TCP的三次握手；    里面有超時(shí)機(jī)制，所以需要等一段時(shí)間，才能重新連接到服務(wù)器）*/  ret = Connect(cfd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr));  if(ret < 0){//100ms去連接一次服務(wù)器vTaskDelay(100);goto again;  }  //配置心跳檢測(cè)參數(shù)   默認(rèn)參數(shù)時(shí)間很長(zhǎng)  setsockopt(cfd, IPPROTO_TCP, TCP_KEEPIDLE, &tcp_keepalive_idle, sizeof(int));  setsockopt(cfd, IPPROTO_TCP, TCP_KEEPINTVL, &tcp_keepalive_intvl, sizeof(int));  setsockopt(cfd, IPPROTO_TCP, TCP_KEEPCNT, &tcp_keepalive_cnt, sizeof(int));  setsockopt(cfd, IPPROTO_TCP, TCP_NODELAY, &tcp_nodelay, sizeof(int));  printf("server is connect ok\r\n");  while(1){//等待服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)n = Read(cfd, ReadBuff, BUFF_SIZE);if(n <= 0){  goto again;}//進(jìn)行大小寫轉(zhuǎn)換for(i = 0; i < n; i++){      ReadBuff[i] = toupper(ReadBuff[i]);}//寫回服務(wù)器n = Write(cfd, ReadBuff, n);if(n <= 0){  goto again;}  }}

在freertos.c文件中的默認(rèn)任務(wù)里面添加代碼

void StartDefaultTask(void const * argument){  /* init code for LWIP */  MX_LWIP_Init();  /* USER CODE BEGIN StartDefaultTask */  printf("TCP keepalive test!\r\n");  /* Infinite loop */  for(;;){    vTcpKeepaliveTask();osDelay(100);  }  /* USER CODE END StartDefaultTask */}