解决方案1:进程保活
整体概括如下:
示意图
解决方案2:心跳保活机制
这是本文的重点,下节开始会详细解析
解决方案3:断线重连机制
- 原理
检测网络状态变化 & 判断连接的有效性 - 具体实现
前者请参考文章:Android:检测网络状态&监听网络变化;后者主要存在于心跳保活机制,所以下面会在心跳保活机制中一起讲解。
4. 心跳保活机制简介
- 心跳保活机制的整体介绍如下
示意图
- 注:很多人容易混淆 心跳机制 & 轮询机制,此处给出二者区别
示意图
5. 主流心跳机制分析 & 对比
对国、内外主流的移动IM
产品(WhatsApp
、Line
、微信)进行了心跳机制的简单分析 & 对比,具体请看下图
示意图
6. 心跳机制方案 总体设计
下面,将根据市面上主流的心跳机制,设计 一套心跳机制方案
6.1 基本流程
示意图
6.2 设计要点
- 对于心跳机制方案设计的主要考虑因素 = 保证消息的实时性 & 耗费设备的资源(网络流量、电量、CPU等等)
- 从上图可以看出,对于心跳机制方案设计的要点在于
- 心跳包的规格(内容 & 大小)
- 心跳发送的间隔时间
- 断线重连机制 (核心 = 如何 判断长连接的有效性)
在下面的方案设计中,将针对这3个问题给出详细的解决方案。
7. 心跳机制方案 详细设计
7.1 心跳包的规格
为了减少流量 & 提高发送效率,需要精简心跳包的设计
7.1.1 设计原则
主要从心跳包的内容 & 大小入手,设计原则具体如下
示意图
7.1.2 设计方案
心跳包 = 1个携带少量信息 & 大小在10字节内的信息包
7.2 心跳发送的间隔时间
为了 防止NAT
超时 & 减少设备资源的消耗(网络流量、电量、CPU等等),心跳发送的间隔时间 是 整个 心跳机制方案设计的重点。
7.2.1 设计原则
心跳发送间隔时间的设计原则如下
示意图
7.2.2 设计方案
a. 最直接 & 常用方案
一般,最直接 & 常用的心跳发送间隔时间设置方案 :每隔估计
x
分钟发送心跳包1次即 选择 <所有
NAT
超时时间最短(5分钟)的时间 即可,综合主流移动IM产品,此处建议 x= 4分钟但是,这种方案存在一些问题:
示意图
下面,我将详细讲解 自适应心跳间隔时间 的设计方案
b. 自适应心跳间隔时间 设计方案
- 基本流程
示意图
- 该方案需要解决的有2个核心问题:
1.如何自适应计算心跳间隔 从而使得心跳间隔 接近 当前NAT
超时时间?
答:不断增加心跳间隔时间进行心跳应答测试,直到心跳失败5次后,即可找出最接近 当前
NAT
超时时间的心跳间隔时间。具体请看下图:
示意图
注:只有当心跳间隔 接近 NAT
超时时间 时,才能最大化平衡 长连接不中断 & 设备资源消耗最低的问题。
2.如何检测 当前网络环境的NAT
超时时间 发生了变化 ?
答:当前发送心跳包成功 的最大间隔时间(即最接近NAT超时时间的心跳间隔) 发送失败5次后,则判断当前网络环境的
NAT
超时时间 发生了变化。具体请看下图:
示意图
注:在检测到 NAT
超时时间 发生变化后,重新自适应计算心跳间隔 从而使得心跳间隔 接近 NAT
超时时间
- 总结:统筹2个核心问题,总结出自适应心跳间隔时间 设计方案为下图
示意图
7.3 断线重连机制
该机制的核心在于, 如何 判断长连接的有效性
即,什么情况下视为 长连接 断线?
7.3.1 设计原则
- 判断长连接是否有效的准则 = 服务器是否返回心跳应答
- 此处需要 分清:长连接 存活 & 有效 状态的区别:
示意图
7.3.2 设计方案
- 基本思路
若连续5次发送心跳后,服务器都无心跳应答,则视为长连接无效
通过计数计算
- 判断流程
示意图
7.3.3 网上流传的方案
在网上流传着一些用于判断长连接是否有效的方案,具体介绍如下
示意图
至此,关于心跳保活机制已经讲解完毕。
7.4 总结
- 设计方案
示意图
- 流程设计
其中,标识 “灰色” 的判断流程参考上文描述
示意图
8. 优化 & 完善
- 上面的方案依然会存在缺陷,从而导致 长连接断开
如,长连接本身不可用(此时重连多少次也没用)
下面,将优化 & 完善上述方案,从而保证 客户端与服务器依然保持着通信状态
优化点
- 确保当前网络的有效性 & 稳定性再开始长连接
- 自适应计算心跳包间隔时间的时机
8.1 确保当前网络的有效性 & 稳定性再开始长连接
- 问题描述
示意图
- 解决方案
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