心跳检测

一、什么是心跳检测　　

    软件的质量属性是衡量软件非功能性需求的重要因素。

　　可用性质量属性主要关注软件系统的故障和它所带来的后果。心跳检测是能够提高系统可用性的措施。

　　例如：服务端和客户端之间进行通讯，每隔5分钟进行一次心跳检测，检测和主站连接是否正常。客户端每5分钟发一个心跳检测数据帧，服务端接收到数据帧表示通过，否则表示客户端断开，抛出异常。

 

判断对方（设备，进程或其它网元）是否正常动行，一般采用定时发送简单的通讯包，如果在指定时间段内未收到对方响应，则判断对方已经当掉。用于检测TCP的异常断开。

基本原因是服务器端不能有效的判断客户端是否在线也就是说，服务器无法区分客户端是长时间在空闲，还是已经掉线的情况。所谓的心跳包就是客户端定时发送简单的信息给服务器端告诉它我还在而已。

代码就是每隔几分钟发送一个固定信息给服务端，服务端收到后回复一个固定信息。如果服务端几分钟内没有收到客户端信息则视客户端断开。比如有些通信软件长时间不使用，要想知道它的状态是在线还是离线就需要心跳包，定时发包收包。

发包方可以是客户也可以是服务端，看哪边实现方便合理。一般是客户端。服务器也可以定时轮询发心跳下去。

一般来说，出于效率的考虑，是由客户端主动向服务器端发包，而不是相反。

 

“心跳”分为两种，第一种是客户端发起的心跳，第二种是服务端发起的心跳。 
　　客户端发起的心跳：客户端每隔一段时间发送策略消息给Socket服务器，Socket服务器原路返回策略消息，如果客户端在设定时间段内没有收到Socket服务器的返回消息，经重试机制后，判定Socket服务器已Down，关闭连接。 
　　服务端发起的心跳：服务端实时记录每条Socket的IO操作时间，每隔一段时间获取所有Socket列表的快照，扫描每条Socket，如果该Socket的IO操作时间距当前时间已超出设定值，则判定客户端Down，关闭连接。

二、关于Send函数的返回值

我们知道当客户端以优雅的方式断开TCP连接后，服务器使用Send函数发包，得到的返回值为0（说明TCP连接已断开）。然而，SEND函数的成功返回只能表示发送数据已经进入了SOCKET内核的发送队列，不一定就已经在线上或者已经被成功接收了。这可能是因为send只是往发送缓冲区拷贝数据, 刚开始缓冲区还未满,所以不会有错误发生, 只有等到相当一段长的时间后, send的返回值才会为-1。

三、C\C++心跳检测实现

 

本人的心跳包处理是这么设计的，在启动程序后，立刻开启一个心跳线程，专门用于处理客户的连接。这个线程用于处理所有的客户端的连接，当线程没有接到其中一个客户发来的请求达到20秒，即认为掉线。客户连接时，发送了一次数据之后，立刻退出。
为了保证定时处理，启动了可等待定时器与事件机制。
1.心跳线程是这么启动的：
HANDLE hHeatBeat=CreateThread(NULL,0,CHeartBeat::WaitProc,NULL,0,NULL);
CloseHandle(hHeatBeat);

2.心跳包的主线程

C/C++ code

DWORD CALLBACK CHeartBeat::WaitProc(LPVOID lpVoid) { HANDLE hTimer; BOOL bSuccess; __int64 qwDueTime; LARGE_INTEGER liDueTime;char szError[255]; DWORD dwResult; HANDLE*phTimers=NULL,*phEvents=NULL;while(true) {if(hbList.size()>0) {//manage eventsphEvents=(HANDLE*)LocalAlloc(LPTR|LMEM_ZEROINIT,sizeof(HANDLE)*hbList.size());for(vector<CHeartBeat*>::size_type i=0;i<hbList.size();++i) { if(hbList[i]->m_hEvent!=NULL) phEvents[i]=hbList[i]->m_hEvent; } //wait for one of event become signal, if there are no events become sigal,after 500 millisecond, it returndwResult=WaitForMultipleObjects((DWORD)hbList.size(),phEvents,FALSE,500);if(dwResult>=WAIT_OBJECT_0&& dwResult<=WAIT_OBJECT_0+hbList.size()-1) { vector<CHeartBeat*>::iterator iter=hbList.begin();for (;iter!=hbList.end();++iter) {if((*iter)->m_hEvent==phEvents[dwResult-WAIT_OBJECT_0]) { if((*iter)->m_hTimer!=NULL) { //when follow MCT health messages was receviedCancelWaitableTimer((*iter)->m_hTimer); bSuccess= SetWaitableTimer( (*iter)->m_hTimer,// Handle to the timer object&liDueTime,// When timer will become signaled1200000, // Periodic timer interval of 2 secondsNULL, NULL, FALSE ); // Do not restore a suspended systemif(! bSuccess ) { sprintf( szError, "SetWaitableTimer failed with Error \%d.\n", GetLastError() );cout<<szError<<endl; CloseHandle( hTimer );return false; } }else{ if ( hTimer = CreateWaitableTimer( NULL, // Default security attributes FALSE, // Create auto-reset timerNULL ) ) //Name of waitable timer { // Create an integer that will be used to signal the timer// 120 seconds from now.qwDueTime =-20 * _SECOND; // Copy the relative time into a LARGE_INTEGER.liDueTime.LowPart = (DWORD) ( qwDueTime & 0xFFFFFFFF ); liDueTime.HighPart = (LONG) ( qwDueTime >> 32 ); bSuccess = SetWaitableTimer( hTimer, // Handle to the timer object &liDueTime, // When timer will become signaled 1200000, //Periodic timer interval of 120 seconds NULL, NULL, FALSE ); // Do not restore a suspended systemif (! bSuccess ) { sprintf( szError,"SetWaitableTimer failed with Error \%d.\n", GetLastError() );cout<<szError<<endl; CloseHandle( hTimer );return false; } (*iter)->m_hTimer=hTimer; } else{ sprintf( szError,"CreateWaitableTimer failed with Error \%d.\n", GetLastError() );cout<<szError<<endl;return false; } } ResetEvent((*iter)->m_hEvent); } } } else if(dwResult==WAIT_FAILED) { OutputDebugString(_T("wait event singal failed\n")); } LocalFree((HLOCAL)phEvents); //manage waitable timersphTimers=(HANDLE*)LocalAlloc(LPTR|LMEM_ZEROINIT,sizeof(HANDLE)*(hbList.size()));for(vector<CHeartBeat*>::size_type i=0;i<hbList.size();++i) { if(hbList[i]->m_hTimer!=NULL) phTimers[i]=hbList[i]->m_hTimer; } //wait for one of event become signal, if there are no events become sigal,after 500 millisecond, it returnDWORD dwResult=WaitForMultipleObjects((DWORD)(hbList.size()),phTimers,FALSE,500);if(dwResult>=WAIT_OBJECT_0&& dwResult<=WAIT_OBJECT_0+hbList.size()-1) { //a client is power offvector<CHeartBeat*>::iterator iter=hbList.begin();int i=0;for (;iter!=hbList.end();++iter) { i++;if((*iter)->m_hTimer==phTimers[dwResult-WAIT_OBJECT_0]) { CHeartBeat* phb=(*iter);char mbProjNum[1024]; strcpy(mbProjNum,phb->m_strProj); printf("\na power off event occuered on ProjNum:%s\n",mbProjNum);//before remove element, clear event and timerSetEvent((*iter)->m_hEvent); WaitForSingleObject((*iter)->m_hEvent,INFINITE); CloseHandle((*iter)->m_hEvent); CloseHandle((*iter)->m_hTimer);//remove elementhbList.erase(iter); break; } } } LocalFree((HLOCAL)phTimers); }//#region 1//heart beat thread will existif(WaitForSingleObject(m_hExitHandle,500)==WAIT_OBJECT_0) { if(hbList.size()>0) { vector<CHeartBeat*>::iterator iter=hbList.begin();for(;iter!=hbList.end();++iter) { CHeartBeat*pHB=(CHeartBeat*)(*iter);if(pHB->m_hEvent!=NULL) { CloseHandle(pHB->m_hEvent); SetEvent(pHB->m_hEvent); WaitForSingleObject(pHB->m_hEvent,INFINITE); }if(pHB->m_hTimer!=NULL) { CancelWaitableTimer(pHB->m_hTimer); CloseHandle(pHB->m_hTimer); } SAFE_DELETE(pHB); } hbList.clear();break; } } //#endregion}return true; }

3.当有客户连接时，向心跳线程发送事件信号，对于客户每一次连接，服务端会创建一个心跳包对象，将其加入列表，而当客户后序连接时，服务端仅设置指定的事件信号

C/C++ code

bool bExist=false; CHeartBeat*pHeartBeat=NULL;for(vector<CHeartBeat*>::iterator iter=hbList.begin(); iter!=hbList.end();++iter) { if(strcmp((*iter)->GetProjNum(),pMessageInfo->msg_base_info.szPlanNumber)==0) { //IM has received health message previous for special plannumberbExist=true; pHeartBeat=*iter;break; } } if(bExist) { //notify CHeartBeat to reset waitable timerif(pHeartBeat!=NULL) SetEvent(pHeartBeat->GetEventHandle());return true; }else{ CHeartBeat*pHeart=newCHeartBeat(); //notify CHeartBeat to create waitable timerif(!pHeart->Start(pMessageInfo->msg_base_info.szPlanNumber)) { SAFE_DELETE(pHeart); return false; } hbList.push_back(pHeart); return true; }return true;

3.以下是CHeartBeat类的Start方法：

C/C++ code

bool CHeartBeat::Start(constchar* projNum) { HANDLE handle; handle=CreateEvent(NULL,TRUE,FALSE,NULL);if(handle==NULL) {return false; } m_hEvent=handle; SetEvent(m_hEvent); strcpy(m_strProj,projNum);return true; }

4.当有服务端结束时，等待心跳线程退出
HANDLE hExitHeartBeat=CreateEvent(NULL,TRUE,TRUE,NULL);
CHeartBeat::SetExitEvent(hExitHeartBeat);
WaitForSingleObject(hHeatBeat，INFINITE);,  (1)
对于心跳线程的退出处理用代码段2中的region 1

请问各位大侠，为什么当服务端运行到WaitForSingleObject(hHeatBeat，INFINITE）时，这个函数无法返回，而且心跳线程明明可以已经退出了。
当把语句(1)修改成WaitForSingleObject(hHeatBeat，1000);时
程序有时候会内存泄露？ 

 

终于解决了，原来在结束线程的时候，要先检查一下线程是否退出，然后使用WaitForSingleObject等待线程变成有信号的.而且当要等待一个线程退出时，不能在创建线程之后就立刻关闭句柄，而是要在等待线程变成信号态之后再关闭句柄。
因此
代码段1与代码段3合并成：

C/C++ code

bool bExist=false; CHeartBeat*pHeartBeat=NULL;for(vector<CHeartBeat*>::iterator iter=hbList.begin(); iter!=hbList.end();++iter) { if(strcmp((*iter)->GetProjNum(),pMessageInfo->msg_base_info.szPlanNumber)==0) { //IM has received health message previous for special plannumberbExist=true; pHeartBeat=*iter;break; } } if(bExist) { //notify CHeartBeat to reset waitable timerif(pHeartBeat!=NULL) SetEvent(pHeartBeat->GetEventHandle());return true; }else{ if(hbList.size()==0) { g_hHeartBeat=CreateThread(NULL,0,CHeartBeat::WaitProc,NULL,0,NULL); } CHeartBeat* pHeart=newCHeartBeat(); //notify CHeartBeat to create waitable timerif(!pHeart->Start(pMessageInfo->msg_base_info.szPlanNumber)) { SAFE_DELETE(pHeart); return false; } hbList.push_back(pHeart); return true; }

代码段4写成：

C/C++ code

DWORD dwExitCode; GetExitCodeThread(g_hHeartBeat,&dwExitCode);if(dwExitCode==STILL_ACTIVE) { HANDLE hExitHeartBeat=CreateEvent(NULL,TRUE,TRUE,NULL); CHeartBeat::SetExitEvent(hExitHeartBeat); WaitForSingleObject(g_hHeartBeat,INFINITE); CloseHandle(g_hHeartBeat); }

只有当接收到消息时，才启动心跳线程，当心跳包列表为空时，立刻退出心跳线程。这样可以防止线程一直运行下去，因为在线程不调用WaitFor*处理而运行无限循环语句时，程序会吃CPU达99%。



心跳包的处理需要启动一个新线程，这个线程需要管理三类核心对象：
1.每个客户端上线时，发出的事件m_hEvent
2.接受到客户连接请求时，开启一个定时器m_hTimer
3.主线程退出时，通知心跳线程退出事件的m_hExitEvent;
4.客户列表（包含每个客户的事件，等待定时器，ProjNum）,ProjNum对于每个客户地址

当有第一个客户上线时，定时一个事件m_hEvent,然后启动心跳线程，在心跳线程中使用WaitForMutiplyObjects等待事件变成信号的，
当事件有信号时，使用CreateWaitableTimer创建定时器，然后再使用SetWaitableTimer来设置定时器。
当有客户第二个发送消息时，会再设置m_hEvent为信号状态，这时心跳线程使用Waitfor返回后，使用SetWaitableTimer刷新定时器的等待时间，那么等待时间重新变成30秒
当某个客户过了30秒还没有发消息过来，就定时器会变成信号态的，这时心咣线程使用WaitForMutiplyObjects等待定时器会返回一个定时器索引，之后心跳线程会移除客户列表中某个成员
当有客户下线时，会发送一个特定消息，心跳线程处理这个消息时，直接将某个客户从列表中移除。
当所有客户都下线时，主线程使用m_hExitEvent通知心跳线程来关闭自身

注意：我这个示例中没有心跳线程向客户端回发消息的处理，添加时需要在接收到m_hEvent之后回发消息。
WaitForMutiplyObjects最多接收64个客户，如果有更多客户上线时，需要当客户列表分段来循环等待。