TCP保活：心跳包/乒乓包/SO_KEEPALIVE

引言：

长连接断开后一直占用系统资源，可以通过心跳包判断连接是否断开；使用心跳包检测到连接已经死了，就断开连接。
总的来说，心跳包主要也就是用于长连接的保活和断线处理。一般的应用下，判定时间在30-40秒比较不错。如果实在要求高，那就在6-9秒。

TCP保活机制

1.心跳包

由应用程序自己发送心跳包来检测连接是否正常，大致的方法是：服务器在一个 Timer事件中定时向客户端发送一个短小精悍的数据包，然后启动一个低级别的线程，在该线程中不断检测客户端的回应，如果在一定时间内没有收到客户端的回应，即认为客户端已经掉线；同样，如果客户端在一定时间内没有收到服务器的心跳包，则认为连接不可用。
注意：心跳包一般都是很小的包，或者只包含包头的一个空包

2.乒乓包

举例：微信朋友圈有人评论，客户端怎么知道有人评论？服务器怎么将评论发给客户端的？

微信客户端每隔一段时间就向服务器询问，是否有人评论？
当服务器检查到有人给评论时，服务器发送一个乒乓包给客户端，该乒乓包中携带的数据是[此时有人评论的标志位]
注：步骤1和2，服务器和客户端不需要建立连接，只是发送简单的乒乓包。
当客户端接收到服务器回复的带有评论标志位的乒乓包后，才真正的去和服务器通过三次握手建立连接；建立连接后，服务器将评论的数据发送给客户端。

注意：乒乓包是携带很简单的数据的包

3.设置TCP属性: SO_KEEPALIVE

1.因为要考虑到一个服务器通常会连接多个客户端，因此由用户在应用层自己实现心跳包，代码较多且稍显复杂，而利用TCP／IP协议层为内置的KeepAlive功能来实现心跳功能则简单得多。
2.不论是服务端还是客户端，一方开启KeepAlive功能后，就会自动在规定时间内向对方发送心跳包，而另一方在收到心跳包后就会自动回复，以告诉对方我仍然在线。
3.因为开启KeepAlive功能需要消耗额外的宽带和流量，所以TCP协议层默认并不开启KeepAlive功能，尽管这微不足道，但在按流量计费的环境下增加了费用，另一方面，KeepAlive设置不合理时可能会因为短暂的网络波动而断开健康的TCP连接。并且，默认的KeepAlive超时需要7,200，000 MilliSeconds，即2小时，探测次数为5次。对于很多服务端应用程序来说，2小时的空闲时间太长。
4.因此，我们需要手工开启KeepAlive功能并设置合理的KeepAlive参数。

在《UNIX网络编程第1卷》中也有详细的阐述：
SO_KEEPALIVE：保持连接，检测对方主机是否崩溃，避免（服务器）永远阻塞于TCP连接的输入。设置该选项后，如果2小时内在此套接口的任一方向都没有数据交换，TCP就自动给对方发一个保持存活探测分节(keepalive
probe)。这是一个对方必须响应的TCP分节.它会导致以下三种情况：

对方接收一切正常：以期望的ACK响应。2小时后，TCP将发出另一个探测分节。
对方已崩溃且已重新启动：以RST响应。套接口的待处理错误被置为ECONNRESET，套接口本身则被关闭。
对方无任何响应：源自berkeley的TCP发送另外8个探测分节，相隔75秒一个，试图得到一个响应。在发出第一个探测分节11分钟15秒后若仍无响应就放弃。套接口的待处理错误被置为ETIMEOUT，套接口本身则被关闭。如ICMP错误是“host unreachable(主机不可达)”，说明对方主机并没有崩溃，但是不可达，这种情况下待处理错误被置为EHOSTUNREACH。

根据上面的介绍可以知道对端以一种非优雅的方式断开连接的时候，可以设置SO_KEEPALIVE属性使得在2小时以后发现对方的TCP连接是否依然存在。如果不能接受如此之长的等待时间，从TCP-Keepalive-HOWTO上可以知道一共有两种方式可以设置：

修改内核关于网络方面的配置参数
SOL_TCP字段的TCP_KEEPIDLE，TCP_KEEPINTVL，TCP_KEEPCNT三个选项

int                 keepIdle = 6;     /*开始首次KeepAlive探测前的TCP空闭时间 */
int                 keepInterval = 5; /* 两次KeepAlive探测间的时间间隔  */
int                 keepCount = 3;    /* 判定断开前的KeepAlive探测次数 */
Setsockopt(listenfd, SOL_TCP, TCP_KEEPIDLE, (void *)&keepIdle, sizeof(keepIdle));
Setsockopt(listenfd, SOL_TCP,TCP_KEEPINTVL, (void *)&keepInterval, sizeof(keepInterval));
Setsockopt(listenfd,SOL_TCP, TCP_KEEPCNT, (void *)&keepCount, sizeof(keepCount));