Netty 心跳檢測

1. 前言

本節，我們主要講解心跳機制 heartbeat，Netty 給我們提供了三個 Handler，分別是 IdleStateHandler、ReadTimeoutHandler、WriteTimeoutHandler，主要目的是檢查對方是否有效，也就是說對方是否還在線。

2. 為什么需要心跳機制

了解 TCP： TCP 協議適用于客戶端數量相對比較少，并且通信頻繁的業務場景；Http 協議則適用于客戶端數量比較大的業務場景。因為 Http 是短連接，請求完成即會釋放連接資源，不再占用服務器資源，但是，TCP 則不會，連接成功，則可以多次請求，不會釋放，除非特殊原因導致連接斷開。

面臨問題： 既然長連接是不會釋放連接資源，那么如果很多客戶端只是完成了連接，但是并沒有實際的業務請求操作，那么服務器的資源還是被占用，導致服務器性能下降。

解決辦法： 把那些長期占用連接資源，但是并沒有實際業務操作的連接斷開掉，等它們需要做業務操作的時候，再重連服務器。這樣可以達到即使釋放沒用的資源，提高服務器的性能。

總結，心跳機制主要有以下兩個方面的作用

1. 定時剔除哪些沒用的連接，減輕服務端的壓力；
2. 適用于中間件（比如：RPC 框架），服務端規定時間內沒用收到客戶端的心跳數據，則可以認為其宕機，服務端剔除對于的映射關系。

3. 三個核心類講解

為了實現以上需求，Netty 給我們提供了幾個特殊的 Handler 類。

IdleStateHandler 構造函數說明

/*
* readerIdleTimeSeconds 讀事件空閑時間，如果為0則表示禁用
* writerIdleTimeSeconds 寫事件空閑時間，如果為0則表示禁用
* allIdleTimeSeconds 讀寫事件空閑時間
*/
public IdleStateHandler(int readerIdleTimeSeconds, int writerIdleTimeSeconds, int allIdleTimeSeconds) {
    
}

public IdleStateHandler(long readerIdleTime, long writerIdleTime, long allIdleTime, TimeUnit unit) {
    
}

總結：都是利用定時器調度任務完成。 IdleStateHandler 超時調用 handler 的 userEventTriggered 方法。ReadTimeOutHandler 超時拋出異常，調用 handler 的 exceptionCaught 方法，并且會關閉 channel。

4. 案例測試

4.1 服務端

實例：

ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();

//5秒鐘沒有讀事件，則斷開連接
pipeline.addLast(new ReadTimeoutHandler(5, TimeUnit.SECONDS));
//5秒鐘沒有寫事件，則斷開連接
pipeline.addLast(new WriteTimeoutHandler(5, TimeUnit.SECONDS));
//解碼器
pipeline.addLast(new StringDecoder());
//編碼器
pipeline.addLast(new StringEncoder());
//業務Handler
pipeline.addLast(new HeartBeanHandler());
public class HeartBeanHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        System.out.println("channelRead>>>"+msg+">>>"+ LocalDateTime.now());
    }

    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        System.out.println("exceptionCaught>>>"+cause.getMessage());
    }
}

4.2 客戶端 1

實例：延遲 1 秒鐘，每個 15 秒鐘往服務端發送一次 hello world。

channelFuture.channel().eventLoop().scheduleWithFixedDelay(new Runnable() {
    public void run() {
        channelFuture.channel().writeAndFlush("hello world");
    }    
},1,15, TimeUnit.SECONDS);

服務端執行結果：

channelRead>>>hello world>>>2020-07-26T15:16:08.893
exceptionCaught>>>null

客戶端執行結果：

客戶端關閉了
Process finished with exit code 0

代碼說明：

1. 客戶端每隔 15 秒發送一次數據；
2. 服務端如果 5 秒之內沒有讀寫事件，則自動斷開連接；
3. 從時間設置上來看，客戶端每次發送數據都是超時了，因此，連接會被斷開。

4.3 客戶端 2

實例：延遲 1 秒鐘，每個 3 秒鐘往服務端發送一次 hello world。

channelFuture.channel().eventLoop().scheduleWithFixedDelay(new Runnable() {
    public void run() {
        channelFuture.channel().writeAndFlush("hello world");
    }    
},1,3, TimeUnit.SECONDS);

服務端執行結果：

channelRead>>>hello world>>>2020-07-26T15:15:10.889
channelRead>>>hello world>>>2020-07-26T15:15:13.892
channelRead>>>hello world>>>2020-07-26T15:15:16.893
channelRead>>>hello world>>>2020-07-26T15:15:19.894

代碼說明：

1. 客戶端每隔 3 秒發送一次數據；
2. 服務端如果 5 秒之內沒有讀寫事件，則自動斷開；
3. 從時間設置上來看，客戶端每次發送數據的時間都在超時時間范圍之內，因此，連接不會被斷開。

4.4 特殊說明

ReadTimeoutHandler 和 WriteTimeoutHandler 既可以用于客戶端，也可以用于服務端，或者兩邊同時使用。常見的業務場景如下所示：

場景一： 如果是服務端往客戶端推送消息（消息推送），則 WriteTimeoutHandler 用于服務端，ReadTimeoutHandler 用于客戶端；
場景二： 如果是客戶端主動發起請求的業務（比如：IM），則 WriteTimeoutHandler 用于客戶端，ReadTimeoutHandler 用于服務端。

4.5 IdleStateHandler 的使用

實例：管道中添加 IdleStateHandler

// 空閑檢測
ch.pipeline().addLast(new IdleStateHandler(60,45,20,TimeUnit.SECONDS));
// 業務Handler
ch.pipeline().addLast(new HeartBeatHandler());

5. 小結

本節主要掌握的知識點

1. 為什么需要做心跳檢測，以及它的常見作用，分別是：主動剔除無用連接減輕服務端壓力、用于中間件的心跳檢測；
2. Netty 提了三個核心類，分別是 IdleStateHandler、ReadTimeoutHandler、WriteTimeoutHandler，它們的作用以及使用方法。