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JAVA如何实现心跳检测

时间:2024-8-5 09:35     作者:韩俊     分类: Java


本篇内容主要讲解“JAVA如何实现心跳检测”,感兴趣的朋友不妨来看看。本文介绍的方法操作简单快捷,实用性强。下面就让小编来带大家学习“JAVA如何实现心跳检测”吧!

1、心跳机制简介

在分布式系统中,分布在不同主机上的节点需要检测其他节点的状态,如服务器节点需要检测从节点是否失效。为了检测对方节点的有效性,每隔固定时间就发送一个固定信息给对方,对方回复一个固定信息,如果长时间没有收到对方的回复,则断开与对方的连接。

发包方既可以是服务端,也可以是客户端,这要看具体实现。因为是每隔固定时间发送一次,类似心跳,所以发送的固定信息称为心跳包。心跳包一般为比较小的包,可根据具体实现。心跳包主要应用于长连接的保持与短线链接。

一般而言,应该客户端主动向服务器发送心跳包,因为服务器向客户端发送心跳包会影响服务器的性能。

实现原理:长连接的维持,是要客户端程序,定时向服务端程序,发送一个维持连接包的。如果,长时间未发送维持连接包,服务端程序将断开连接。

2、心跳机制实现方式

心跳机制有两种实现方式,一种基于TCP自带的心跳包,TCP的SO_KEEPALIVE选项可以,系统默认的默认跳帧频率为2小时,超过2小时后,本地的TCP 实现会发送一个数据包给远程的 Socket. 如果远程Socket 没有发回响应, TCP实现就会持续尝试 11 分钟, 直到接收到响应为止。 否则就会自动断开Socket连接。但TCP自带的心跳包无法检测比较敏感地知道对方的状态,默认2小时的空闲时间,对于大多数的应用而言太长了。可以手工开启KeepAlive功能并设置合理的KeepAlive参数。

另一种在应用层自己进行实现,基本步骤如下:

1、Client使用定时器,不断发送心跳;

2、Server收到心跳后,回复一个包;

3、Server为每个Client启动超时定时器,如果在指定时间内没有收到Client的心跳包,则Client失效。

3、客户端

Client通过持有Socket的对象,可以随时(使用sendObject方法)发送Massage Object(消息)给服务端。

如果keepAliveDelay毫秒(程序中是2秒)内未发送任何数据,则自动发送一个KeepAlive Object(心跳)给服务端,用于维持连接。

由于,我们向服务端,可以发送很多不同的消息对象,服务端也可以返回不同的对象。所以,对于返回对象的处理,要编写具体的ObjectAction实现类进行处理。通过Client.addActionMap方法进行添加。这样,程序会回调处理

4 、服务端

由于客户端会定时(keepAliveDelay毫秒)发送维持连接的信息过来,所以,服务端要有一个检测机制。

即当服务端receiveTimeDelay毫秒(程序中是3秒)内未接收任何数据,则自动断开与客户端的连接。

ActionMapping的原理与客户端相似(相同)。

通过添加相应的ObjectAction实现类,可以实现不同对象的响应、应答过程。

5、代码实现

5.1 KeepAlive.java

package com.zyz.mynative.demo02;

/**
 * @author zyz
 * @version 1.0
 * @data 2023/2/15 11:05
 * @Description:
 */
import java.io.Serializable;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;

/**
 *
 * 维持连接的消息对象(心跳对象)
 * @author zyz
 * @version 1.0
 * @data 2023/2/15 11:05
 * @Description:
 */
public class KeepAlive implements Serializable{

    private static final long serialVersionUID = -2813120366138988480L;

    /* 覆盖该方法,仅用于测试使用。
     * @see java.lang.Object#toString()
     */

    @Override
    public String toString() {
        return new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").format(new Date())+"  维持连接包";
    }

}

5.2 MyClient.java

package com.zyz.mynative.demo02;

/**
 * @author zyz
 * @version 1.0
 * @data 2023/2/15 11:06
 * @Description:
 */

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.net.Socket;
import java.net.UnknownHostException;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

/**
 * C/S架构的客户端对象,持有该对象,可以随时向服务端发送消息。
 *
 * @author zyz
 * @version 1.0
 * @data 2023/2/15 11:06
 * @Description:
 */
public class MyClient {

    /**
     * 处理服务端发回的对象,可实现该接口。
     */
    public static interface ObjectAction {
        void doAction(Object obj, MyClient client);
    }

    public static final class DefaultObjectAction implements ObjectAction {
        @Override
        public void doAction(Object obj, MyClient client) {
            System.out.println("处理:    " + obj.toString());
        }
    }

    private String serverIp;
    private int port;
    private Socket socket;
    //连接状态
    private boolean running = false;

    /**
     * 最后一次发送数据的时间
     */
    private long lastSendTime;

    /**
     * 用于保存接收消息对象类型及该类型消息处理的对象
     */
    private ConcurrentHashMap<Class, ObjectAction> actionMapping = new ConcurrentHashMap<Class, ObjectAction>();

    public MyClient(String serverIp, int port) {
        this.serverIp = serverIp;
        this.port = port;
    }

    public void start() throws UnknownHostException, IOException {
        if (running) {
            return;
        }
        socket = new Socket(serverIp, port);
        System.out.println("本地端口:" + socket.getLocalPort());
        lastSendTime = System.currentTimeMillis();
        running = true;

        //保持长连接的线程,每隔2秒项服务器发一个一个保持连接的心跳消息
        new Thread(new KeepAliveWatchDog()).start();
        //接受消息的线程,处理消息
        new Thread(new ReceiveWatchDog()).start();
    }

    public void stop() {
        if (running) {
            running = false;
        }
        ;
    }

    /**
     * 添加接收对象的处理对象。
     *
     * @param cls    待处理的对象,其所属的类。
     * @param action 处理过程对象。
     */
    public void addActionMap(Class<Object> cls, ObjectAction action) {
        actionMapping.put(cls, action);
    }

    public void sendObject(Object obj) throws IOException {
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(socket.getOutputStream());
        oos.writeObject(obj);
        System.out.println("发送:    " + obj);
        oos.flush();
    }

    class KeepAliveWatchDog implements Runnable {
        long checkDelay = 10;
        //两秒钟检测一次
        long keepAliveDelay = 2000;

        @Override
        public void run() {
            while (running) {
                if (System.currentTimeMillis() - lastSendTime > keepAliveDelay) {
                    try {
                        MyClient.this.sendObject(new KeepAlive());
                    } catch (IOException e) {
                        e.printStackTrace();
                        MyClient.this.stop();
                    }
                    lastSendTime = System.currentTimeMillis();
                } else {
                    try {
                        Thread.sleep(checkDelay);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                        MyClient.this.stop();
                    }
                }
            }
        }
    }

    class ReceiveWatchDog implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            while (running) {
                try {
                    InputStream in = socket.getInputStream();
                    if (in.available() > 0) {
                        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(in);
                        Object obj = ois.readObject();
                        System.out.println("接收:    " + obj);
                        ObjectAction oa = actionMapping.get(obj.getClass());
                        oa = oa == null ? new DefaultObjectAction() : oa;
                        oa.doAction(obj, MyClient.this);
                    } else {
                        Thread.sleep(10);
                    }
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                    MyClient.this.stop();
                }
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws UnknownHostException, IOException {
        String serverIp = "127.0.0.1";
        int port = 65432;
        MyClient client = new MyClient(serverIp, port);
        client.start();
    }
}

5.3 MyServer

package com.zyz.mynative.demo02;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

/**
 * C/S架构的服务端对象。
 *
 * @author zyz
 * @version 1.0
 * @data 2023/2/15 11:08
 * @Description:
 */
public class MyServer {

    /**
     * 要处理客户端发来的对象,并返回一个对象,可实现该接口。
     */
    public interface ObjectAction {
        Object doAction(Object rev, MyServer server);
    }

    public static final class DefaultObjectAction implements ObjectAction {
        @Override
        public Object doAction(Object rev, MyServer server) {
            System.out.println("处理并返回:" + rev);
            return rev;
        }
    }

    private int port;
    private volatile boolean running = false;
    private long receiveTimeDelay = 3000;
    /**
     * ConcurrentHashMap是线程安全的,ConcurrentHashMap并非锁住整个方法,
     * 而是通过原子操作和局部加锁的方法保证了多线程的线程安全,且尽可能减少了性能损耗。
     */
    private ConcurrentHashMap<Class, ObjectAction> actionMapping = new ConcurrentHashMap<Class, ObjectAction>();
    private Thread connWatchDog;

    public MyServer(int port) {
        this.port = port;
    }

    /**
     * 通过继承Runnable ,开启线程
     */
    public void start() {
        if (running) {
            return;
        }
        ;
        running = true;
        connWatchDog = new Thread(new ConnWatchDog());
        connWatchDog.start();
    }

    @SuppressWarnings("deprecation")
    public void stop() {
        if (running) {
            running = false;
        }
        ;
        if (connWatchDog != null) {
            connWatchDog.stop();
        }
        ;
    }

    public void addActionMap(Class<Object> cls, ObjectAction action) {
        actionMapping.put(cls, action);
    }

    /**
     * 继承Runnable 重写run方法、实现线程
     */
    class ConnWatchDog implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            try {
                ServerSocket ss = new ServerSocket(port, 5);
                while (running) {
                    Socket s = ss.accept();
                    new Thread(new SocketAction(s)).start();
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
                MyServer.this.stop();
            }

        }
    }

    /**
     * 继承Runnable 重写run方法、实现线程,通过匿名内部类
     */
    class SocketAction implements Runnable {
        Socket s;
        boolean run = true;
        long lastReceiveTime = System.currentTimeMillis();

        public SocketAction(Socket s) {
            this.s = s;
        }

        @Override
        public void run() {
            while (running && run) {
                if (System.currentTimeMillis() - lastReceiveTime > receiveTimeDelay) {
                    overThis();
                } else {
                    try {
                        InputStream in = s.getInputStream();
                        if (in.available() > 0) {
                            ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(in);
                            Object obj = ois.readObject();
                            lastReceiveTime = System.currentTimeMillis();
                            System.out.println("接收:    " + obj);
                            ObjectAction oa = actionMapping.get(obj.getClass());
                            oa = oa == null ? new DefaultObjectAction() : oa;
                            Object out = oa.doAction(obj, MyServer.this);
                            if (out != null) {
                                ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(s.getOutputStream());
                                oos.writeObject(out);
                                oos.flush();
                            }
                        } else {
                            Thread.sleep(10);
                        }
                    } catch (Exception e) {
                        e.printStackTrace();
                        overThis();
                    }
                }
            }
        }

        private void overThis() {
            if (run) {
                run = false;
            }
            ;
            if (s != null) {
                try {
                    s.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println("关闭:" + s.getRemoteSocketAddress());
        }

    }

    public static void main(String[] args) {
        int port = 65432;
        MyServer server = new MyServer(port);
        server.start();
    }

}

5.4 测试结果

先开启服务端,在开启客户端

标签: java

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