物联网平台设计心得：管中窥豹之HeartBeat

前言

在写这篇文章之前，我曾对HeartBeat做过诸多的研究，也做过诸多的项目，在这些项目中，有客户端为了维持状态，而定时向服务端发送的HeartBeat；有服务端为了维持客户端连接状态而处理HeartBeat等，但是怎么说，无外乎两种状态，HeartBeat要么存在于客户端，要么存在于服务端，其本身具有无状态性，不和数据库进行任何交互，上一条HeartBeat和下一条HeartBeat无特别的必然联系。

那么，HeartBeat究竟是什么，有什么表现形式呢？

首先，HeartBeat从字面意思上解释，就是心跳，心跳都是有一定规律的，比如说，3秒跳一次，5秒跳一次，甚至60秒跳一次等。所以说，HeartBeat的基本单位一般都是以秒来计数的。并且两次HeartBeat间隔的时间不能过长，如果间隔时间过长，比如说两三个小时跳一次，那么HeartBeat也就失去了它本来的意义了，至于原因的话，我方后面讲。它在程序中，主要是为了检测状态的，比如在客户端，连接到服务端后，每隔10秒钟会上传一次心跳包，服务端接收到此心跳包，就会拆包分析，然后重置客户端的心跳计数，如果连续3次，或者4次没有收到客户端传来的心跳包，那么就视为客户端掉线。有人可能就说了，客户端下线的时候，直接向服务端发送一个下线通知不就行了，还用什么心跳包来检测掉线呢? 其实不然，客户端的掉线，是有多种情况的，每个用户不一定都会发送掉线通知，比如他们家里停电了，或者电脑重启了，或者浏览器崩溃了等等，这些情况下客户端还没来得及发送掉线通知就挂了，所以增加心跳检测是应对这种掉线的比较好的方式，它有助于让服务器保存活动的客户端连接，去掉死链，从而提升性能，规避风险。

上面的这种方式，我们可以用下图的流程来表示：

其次，就是HeartBeat的表现方式，在不同人的程序里面，是不同的，但是肯定相同的地方在于，他们都会有心跳标识符的。比如我这里规定和服务端的通讯协议：  信息头|功能码|数据部分|CRC ，其中功能码 006就代表心跳包。那么在客户端我就会这样封包： dst|006|datadata|0013 然后发送给服务端，服务端收到信息后，先进行CRC校验以便确定信息的正确和完整性，然后通过拆包得知客户端传来的是心跳包，那么就会将对应的客户端里面的心跳计数重置即可。其实就是这么简单。

这只是比较普通一些的心跳，对于不同的业务系统来说，可能会有不同的表现形式，比如对咱们RSA系统来说，如果要想重构这种心跳包，需要为不同的activity类型规定不同的心跳包，比如对于按钮点击，我们可以专门定义一个按钮点击心跳包；对于拖拽，我们可以定义一个拖拽心跳包等，服务端接收以后，能够处理。并且这种心跳包的传输是基于socket传输的，而不是目前的借助于数据库，在性能上和多样性方面，更加的高效。之所以RSA在以前没有采用这种方式，应该是当时还没有websocket吧。

最后我们需要说到的一个问题就是HeartBeat频繁的发送会不会在业务拥塞的时候，造成性能问题。针对这种场景，已经有了适合的解决方案，那就是在业务场景拥挤的时候，我们只需要将HeartBeat的发送和处理放到其他线程上即可，并且改变HeartBeat的发送时长，比如从原来的十秒，改成现在的三十秒，这样就能在很大程度上提高性能；当业务不拥塞的时候，我们就可以把HeartBeat的发送和处理放到业务线程上，并适当减少HeartBeat的发送时间，也都是可取的。这种配置如果做成可自动切换的，就更好了。

实际例子

我们讲了这么多，接下来看看例子。这个是我写的一个小DEMO，用HeartBeat来检测聊天用户的掉线问题。

基于SignalR的小型IM系统