基于TCP Socket 实现心跳机制

在 Node.js 中使用 TCP Socket 实现心跳机制（Heartbeat）的核心目的是检测连接是否存活，避免因网络波动或客户端异常断开导致的"僵尸连接"。以下是详细实现步骤及代码示例：

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1. **基本原理

• 心跳机制：服务端定期向客户端发送探测消息（如 ping），客户端需响应 pong。
• 超时检测：若在指定时间内未收到响应，判定连接失效并主动关闭。
• 重置计时器：每次正常通信（收到数据或心跳响应）时，重置超时检测。

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2. 服务端实现（使用 net 模块）

const net = require('net');

// 创建 TCP 服务器
const server = net.createServer((socket) => {
  console.log('Client connected:', socket.remoteAddress);

  // 初始化心跳配置
  const HEARTBEAT_INTERVAL = 3000; // 3秒发送一次心跳
  const HEARTBEAT_TIMEOUT = 10000; // 10秒未响应则断开
  let heartbeatTimer = null;
  let timeoutTimer = null;

  // 发送心跳包
  const sendHeartbeat = () => {
    if (socket.writable) {
      socket.write('ping'); // 发送心跳标识
      console.log('Sent ping to client');
    }
  };

  // 启动心跳定时器
  const startHeartbeat = () => {
    heartbeatTimer = setInterval(sendHeartbeat, HEARTBEAT_INTERVAL);
    resetTimeout();
  };

  // 重置超时检测
  const resetTimeout = () => {
    if (timeoutTimer) clearTimeout(timeoutTimer);
    timeoutTimer = setTimeout(() => {
      console.log('Client timeout, closing connection');
      socket.destroy(); // 强制关闭连接
    }, HEARTBEAT_TIMEOUT);
  };

  // 监听客户端数据
  socket.on('data', (data) => {
    const message = data.toString();
    if (message === 'pong') {
      console.log('Received pong from client');
      resetTimeout(); // 收到响应，重置超时检测
    } else {
      console.log('Received data:', message);
      // 处理业务逻辑...
    }
  });

  // 启动心跳机制
  startHeartbeat();

  // 监听连接关闭
  socket.on('close', () => {
    console.log('Client disconnected');
    clearInterval(heartbeatTimer);
    clearTimeout(timeoutTimer);
  });

  // 错误处理
  socket.on('error', (err) => {
    console.error('Socket error:', err.message);
  });
});

server.listen(3000, () => {
  console.log('Server listening on port 3000');
});

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3. 客户端实现（Node.js 客户端示例）

const net = require('net');

// 连接到服务端
const client = net.createConnection({ port: 3000 }, () => {
  console.log('Connected to server');
});

// 监听服务端数据
client.on('data', (data) => {
  const message = data.toString();
  if (message === 'ping') {
    console.log('Received ping from server');
    client.write('pong'); // 响应心跳
  } else {
    console.log('Received data:', message);
    // 处理业务逻辑...
  }
});

// 监听连接关闭
client.on('close', () => {
  console.log('Connection closed');
});

// 错误处理
client.on('error', (err) => {
  console.error('Connection error:', err.message);
});

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4. 关键逻辑说明

1. 心跳发送

   • 服务端每隔 HEARTBEAT_INTERVAL（如 3 秒）发送 ping。
   • 客户端需响应 pong，否则服务端会触发超时关闭。

2. 超时检测

   • 每次发送心跳或收到正常数据时，重置超时计时器。
   • 若 HEARTBEAT_TIMEOUT（如 10 秒）内未收到响应，判定连接失效。

3. 资源清理

   • 连接关闭时，清除所有定时器（clearInterval 和 clearTimeout）。

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5. 优化建议

• 协议设计：使用固定格式（如 HEARTBEAT|pong）区分心跳与业务数据。
• 重连机制：客户端检测到连接关闭后，可自动重连。
• 动态配置：根据网络状况动态调整心跳间隔和超时时间。
• TCP Keep-Alive：可结合系统级 Keep-Alive（需手动启用）：

  socket.setKeepAlive(true, 60000); // 1分钟无活动发送探测包
  

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6. 测试验证

1. 启动服务端和客户端。
2. 观察控制台日志，确认心跳正常（ping 和 pong 交替出现）。
3. 手动断开客户端网络，服务端应在 10 秒后检测到超时并关闭连接。

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总结

通过应用层心跳机制，可以有效检测 TCP 连接的存活性，避免因意外断开导致的资源泄漏。实际项目中可根据需求调整心跳间隔和超时阈值，并结合业务逻辑完善错误处理。