Netty实现超时检测及重连机制

在网络通信中，当网络链路发生异常，这将会对系统的可靠性产生重大影响。那么怎么监测通信异常呢？这就是心跳机制。那么异常后怎么处理呢？这就是重连机制。

1、何为心跳

顾名思义, 所谓心跳, 即在 TCP 长连接中, 客户端和服务器之间定期发送的一种特殊的数据包, 通知对方自己还在线, 以确保 TCP 连接的有效性.

2、心跳实现方式

从技术层面看，要解决链路的可靠性问题，必须周期性的对链路进行有效性检测。目前最流行和通用的做法就是心跳检测。

心跳检测机制分为三个层面：

1) TCP层面的心跳检测，即TCP的Keep-Alive机制，它的作用域是整个TCP协议栈；

2) 协议层的心跳检测，主要存在于长连接协议中。例如SMPP协议；

3) 应用层的心跳检测，它主要由各业务产品通过约定方式定时给对方发送心跳消息实现。

不同的协议，心跳检测机制也存在差异，归纳起来主要分为两类：

1) Ping-Pong型心跳：由通信一方定时发送Ping消息，对方接收到Ping消息之后，立即返回Pong应答消息给对方，属于请求-响应型心跳；

2) Ping-Ping型心跳：不区分心跳请求和应答，由通信双方按照约定定时向对方发送心跳Ping消息，它属于双向心跳。

心跳检测策略如下：

1) 连续N次心跳检测都没有收到对方的Pong应答消息或者Ping请求消息，则认为链路已经发生逻辑失效，这被称作心跳超时；

2) 读取和发送心跳消息的时候如果发生了IO异常，说明链路已经失效，这被称为心跳失败。

无论发生心跳超时还是心跳失败，都需要关闭链路，由客户端发起重连操作，保证链路能够恢复正常。

3、服务器端实现

心跳监测机制的核心还是超时机制，所谓超时机制就是规定时间内没有收到心跳包。那么Netty中怎么实现超时检测的呢？这就是基于IdleStateHandler类。这个类能够帮助我们实现定时检测功能，我们先来看看这个类的构造函数。

在构造函数中，定义了三个变量。分别是readIdleTimeSecond，这是读超时时间。也就是这么长时间没有读到数据包，就触发超时处理机制。第二个参数是writeIdleTimeSecond，这个是写超时时间。意思就是这么长时间没有向Socket缓冲区写数据，就会触发写超时处理机制。第三个参数是allIdleTimeSeconds，这就是读写事件的超时。在规定时间内没有读到或者写数据，都将出发超时处理机制。

在使用的时候，我们只需要关注这三个参数就行。对于服务器来说，重点关注readIdleTimeSecond，指定时间内没有读到Socket缓冲区的数据，就认为异常。对于客户端来说，可以关注readIdleTimeSecond和writeIdleTimeSecond，或者可以指定allIdleTimeSeconds参数即可。

我们首先写一个服务端Demo，然后将IdleStateHandler这个处理器添加到Pipeline上面。代码如下：

我们重点关注两个地方。首先pipeline上添加IdleStateHandler，我们设置服务器读超时为5秒钟。

我们知道，默认的pipeline会将超时事件经过userEventTriggered方法向下面的handler传播（不熟悉pipeline传播机制的可以去学习一下）。因为我们添加的其他的handler是用于编解码和处理TCP半包、粘包的，没有处理这个事件，那么我们需要在自定义的ServerHandler中进行处理。

我们在这个类中定义了一个内部类ServerHandler。代码如下：

我们分别实现了读写方法（channelRead）、异常机制（exceptionCaught）、超时处理（userEventTriggered）以及客户端退出通知事件（channelInactive）。

在上面的方法中，我们重点关注超时机制处理。在进入这个userEventTriggered方法后，我们可以根据事件类型进行相应的处理。我们这里服务端重点关注读超时。这里我们将其 channel关闭。

在实际业务场景中，我们可能采用3次或者n次超时就断开客户端channel。这里我们可以加一个变量进行统计。这里不再赘述了。

4、客户端实现

下面我们来看看客户端怎么实现超时检测，以及断开重连。客户端这个类叫Client。代码如下：

和服务端一样，在设置Bootstrap的时候，在pipeline上添加IdleStateHandler处理器，用于处理超时。接下来，我们看一下重连函数doConnect。

这个重连函数其实就是一个递归函数。首先向Bootstrap得到异步事件的future接口。我们向这个接口添加监听器，假如连接失败，就向本eventloop的任务队列中添加一个定时任务（也就是一段代码）。

当然，实际业务场景下，不可能让客户端永无止境的重连。我们可以在递归的入口添加一个次数的判断，达到一定的次数就停止递归本方法。

接下来，我们看看ClientHandler类，这里我们也是写成了一个内部类。为啥这样写呢？因为学源码的。

这里，我们重点关注的是channelInactive()方法。当服务器关闭客户端channel时，会触发这个回调方法。那么我们在这个方法中调用外部类的doConnect()方法进行重连。

5、测试

我们首先启动服务端，检测到读超时，关闭客户端channel。

客户端这里，检测到客户端退出，又启动重连。

6、其他

到了这里，大概对超时机制检测和客户端断开重连有了一定的了解。在实际业务场景下，可能比这个要复杂一些。比如，我们需要写一个单独的消息当作心跳包。其中客户端发送Ping包，服务器回Pong包。

到了这里，我想起了常用的看门狗软件，定时去喂狗其实也是定时发送心跳包给看门狗。道理是一样的，我们需要学会举一反三。

好了，今天先介绍到这儿，喜欢本文的朋友请关注我的公众号。