心跳技术是什么

心跳技术概述

定义：
心跳技术（Heartbeat）是一种通过定期发送简单消息（心跳包）来检测网络连接状态或保持长连接活跃的机制。
目的：
检测存活：确认对端是否在线。
保持连接：防止超时断开。
同步状态：传递轻量信息。
核心点：
轻量、周期性的通信。

1. 心跳技术原理

(1) 基本机制

过程：
一方（客户端或服务器）定时发送心跳包（如 PING）。
另一方收到后回复（如 PONG）。
发送方根据响应判断连接状态。
包内容：
通常是小数据（如字符串、标志位），减少带宽占用。
间隔：
自定义（如 30 秒），根据场景平衡频率和开销。

(2) 实现方式

应用层：
自定义协议，程序手动发送和处理。
协议层：
如 WebSocket 的 PING/PONG 帧，TCP 的 Keep-Alive。

(3) 超时处理

若未收到响应（超时），认为连接断开：
重连。
标记对端不可用。

2. 心跳技术特点

轻量：
数据包小，占用资源少。
周期性：
固定或动态间隔发送。
双向性：
可单向检测，也可双向确认。

3. 应用场景

(1) 检测存活

示例：
客户端检测服务器是否宕机。
实现：

setInterval(() => {
  ws.send("PING");
}, 30000); // 每 30 秒发送
ws.onmessage = (msg) => {
  if (msg.data === "PONG") console.log("Server alive");
};

(2) 保持连接

问题：
长连接（如 WebSocket、TCP）因空闲被防火墙或 NAT 超时断开。
解决：
定期发送心跳，避免断连。
示例：
WebSocket 每 60 秒发 PING。

(3) 状态同步

示例：
游戏中玩家在线状态。
实现：
心跳包携带时间戳或序列号。

4. 具体实现

(1) WebSocket 心跳

协议支持：
PING（Opcode 0x9）/ PONG（Opcode 0xA）。
代码：

const ws = new WebSocket("ws://example.com");
setInterval(() => ws.send("PING"), 30000);
ws.onmessage = (event) => {
  if (event.data === "PONG") console.log("Alive");
};

(2) TCP Keep-Alive

操作系统支持：
TCP 层内置，每 2 小时发探测包（可调）。
配置（Linux）：

sysctl -w net.ipv4.tcp_keepalive_time=7200 # 空闲时间
sysctl -w net.ipv4.tcp_keepalive_intvl=75   # 探测间隔
sysctl -w net.ipv4.tcp_keepalive_probes=9   # 探测次数

(3) 自定义心跳

示例（Java）：

class HeartbeatClient {
    Socket socket;
    void start() {
        new Thread(() -> {
            while (true) {
                socket.send("PING");
                Thread.sleep(30000);
            }
        }).start();
    }
}

5. 优缺点

优点

简单高效，易实现。
实时监控连接状态。
维持长连接稳定。

缺点

增加网络和服务器负载。
频繁心跳耗电（移动设备）。
无法完全避免瞬时断连。

6. 延伸与面试角度

与超时：
心跳间隔 < 超时时间（如 NAT 60 秒）。
优化：
动态调整间隔。
批量心跳减少频率。
实际应用：
IM 聊天：检测用户在线。
IoT：设备状态监控。
面试点：
问“原理”时，提发送和响应。
问“场景”时，提 WebSocket。

总结

心跳技术通过定期发送轻量消息检测存活、保持连接或同步状态，广泛用于 WebSocket、TCP 等长连接场景。实现简单但需权衡频率。面试时，可提代码示例或画流程，展示理解深度。