【Unity】uNet游戏服务端框架（三）心跳机制

更新日期：2025年10月13日。
项目源码：获取源码。

uNet游戏服务端框架

uNet游戏服务端框架为使用.Net Core开发的高性能、高并发网络游戏服务端框架（最佳适配Unity客户端），基于async / await的多线程架构天然适应IO高并发环境，使用Protobuf进行网络数据交换能够极大的降低带宽和网络延迟，同时使用对象池技术管理服务端中的大多数实例能够显著的降低GC开销。

一、心跳机制

心跳机制（Heartbeat Mechanism）是一种用于监控和维护网络应用中连接状态的技术，通过定期发送信号（心跳包）来确认系统组件之间的活跃性和可用性。

在uNet中心跳包由服务端作为发送方，客户端作为响应方，在每一个心跳轮询周期内，如果客户端未在超时时间内响应心跳包，则判定为心跳超时，会被标记为已断线客户端。

目前针对已断线客户端，会被直接踢出服务器，然后客户端检测到断开连接后，自行走断线重连逻辑。

1.心跳包

在心跳包的设计上，必须遵循极简的策略，毕竟服务端会频繁的向所有玩家客户端发送心跳包，心跳包也无需携带任何信息，所以越小越好，哪怕设计为一个字节也可以。

在uNet中心跳包即为消息数据包的校验码（大小4字节），在MMORPG服务端程序中，MMO_Player为网络玩家类，其定义的心跳包校验码如下：

namespace uNet.Example.MMO
{/// <summary>/// 玩家/// </summary>internal class MMO_Player : NetworkPlayer{/// <summary>/// 心跳包校验码/// </summary>public override int HEARTBEAT => 0;/// <summary>/// 常规信息校验码/// </summary>public override int NORMAL => 65536;}}

2.服务端发送心跳包

NetworkPlayer即维护了与一个玩家客户端的连接，所以心跳包（以及常规数据包）的发送与接收都由其来完成，在其Awake方法中：

Awake：uNet中几乎所有实例都有该方法，作为实例被唤醒时的初始化方法，由于几乎所有实例都由对象池进行管理，所以此方法的调用时机为实例创建时（从对象池中取出）调用一次。
Dispose：作为实例被销毁时的回调方法，此方法的调用时机为实例销毁时（存入对象池）调用一次。

        private static long SelfIncreasingID = 1;private static readonly object _lockObj = new object();private byte[]? _heartbeatPackage;private CancellationTokenSource? _cancel;private Socket? _socket;private TimeSpan _heartbeatInterval;private TimeSpan _heartbeatTimeout;private DateTime _lastHeartbeat;/// <summary>/// 初始化/// </summary>/// <param name="socket">Socket实例</param>/// <param name="heartbeatInterval">心跳检测间隔时间（秒）</param>/// <param name="heartbeatTimeout">心跳检测超时时间（秒）</param>public virtual void Awake(Socket socket, float heartbeatInterval, float heartbeatTimeout){//ID自增（lock防止多线程资源竞争，以防止SelfIncreasingID值异常）lock (_lockObj){ID = SelfIncreasingID;SelfIncreasingID++;}Log.LogInfo($"玩家【ID：{ID}】登入服务器！");//是否已发送心跳包（单次心跳轮询）IsSendHeartbeat = false;//是否心跳验证通过（单次心跳轮询）IsHeartbeatPass = false;//创建心跳包（也即是将心跳校验码转为字节数组即可，因为心跳包只包含一个心跳校验码）_heartbeatPackage = BitConverter.GetBytes(IPAddress.HostToNetworkOrder(HEARTBEAT));//创建自身的异步取消Token，用于关联所有由自身启动的异步操作_cancel = new CancellationTokenSource();_socket = socket;_socket.SendBufferSize = 128 * 1024;_socket.ReceiveBufferSize = 64 * 1024;//每次心跳轮询的间隔时间_heartbeatInterval = TimeSpan.FromSeconds(heartbeatInterval);//心跳检测的超时时间_heartbeatTimeout = TimeSpan.FromSeconds(heartbeatTimeout);//注册并启动心跳检测HeartbeatTestAsync(_cancel.Token);}

在心跳检测的核心方法HeartbeatTestAsync中，使用while循环使其永久轮询（除非_cancel取消），因其为异步async方法，且使用了ConfigureAwait(false)配置，所以每次await后都会由新的空闲线程来接替，所以不用担心其性能问题：

        /// <summary>/// 心跳检测/// </summary>/// <param name="token">用于取消异步的token</param>private async void HeartbeatTestAsync(CancellationToken token){//只要token没取消，就一直轮询while (!token.IsCancellationRequested){if (!IsConnect){//如果玩家客户端已断开连接，则通过服务器入口销毁该玩家（踢出服务器）ServerEntry.Current.DestroyPlayer(this);break;}IsHeartbeatPass = false;//向玩家客户端发送心跳包（单次心跳轮询）IsSendHeartbeat = await SendDataAsync(_heartbeatPackage, token).ConfigureAwait(false);//如果发送成功（发送失败则等待进入下一次轮询，理论上不会一直失败）if (IsSendHeartbeat){//记录发送时间_lastHeartbeat = DateTime.Now;//IsHeartbeatPass = false，代表客户端还未响应心跳包while (!IsHeartbeatPass && !token.IsCancellationRequested){//判断当前是否已超时if ((DateTime.Now - _lastHeartbeat) > _heartbeatTimeout){Log.LogWarning($"玩家【ID：{ID}】心跳超时，已被踢出服务器！");ServerEntry.Current.DestroyPlayer(this);break;}try{//1秒进行一次超时判断await Task.Delay(1000, token).ConfigureAwait(false);}catch (Exception){ }}}try{//单次心跳轮询结束，等待间隔时间后进行下一次await Task.Delay(_heartbeatInterval, token).ConfigureAwait(false);}catch (Exception) { }}}

需注意的是，Task.Delay方法的使用几乎都包裹在try-catch块内，这是因为其传入了可取消的token参数，当token在外部被取消时，Task.Delay方法会抛出一个TaskCanceledException异常，表明任务被取消，所以我们只需要捕获并抛弃他即可，否则程序会崩溃。

3.客户端响应心跳包

IsHeartbeatPass = true即代表了客户端在当前心跳轮询中响应了心跳包，也即是心跳检测通过。

在上一篇网络通信协议中，有提到将IsHeartbeatPass设置为true的时机，即在服务端接收到客户端的消息时：

        /// <summary>/// 从客户端接收数据/// </summary>/// <param name="token">用于取消异步的token</param>/// <returns>网络消息</returns>protected async Task<NetworkMessage?> ReceiveDataAsync(CancellationToken token){if (_socket == null || !IsConnect)return null;try{//接收消息校验码（4字节）await ReceiveFixedBytes(_socket, _receiveBuffer, _receiveCodeData, token).ConfigureAwait(false);int code = IPAddress.NetworkToHostOrder(BitConverter.ToInt32(_receiveCodeData, 0));//通过消息校验码，判断当前接收到的是心跳包if (code == HEARTBEAT){//设置心跳检测通过IsHeartbeatPass = true;return null;}//......}}

然后回到客户端代码中，客户端在收到服务端的心跳包后，会立即做出响应：

namespace HT.Framework
{/// <summary>/// 默认的TCP协议通道/// </summary>public sealed class TcpChannel : ProtocolChannelBase{/// <summary>/// 接收消息/// </summary>/// <param name="client">客户端</param>/// <returns>接收到的消息对象</returns>protected override INetworkMessage ReceiveMessage(Socket client){try{//接收消息校验码（4字节）ReceiveFixedBytes(client, _receiveBuffer, _receiveCodeData);int code = IPAddress.NetworkToHostOrder(BitConverter.ToInt32(_receiveCodeData, 0));//通过消息校验码，判断当前接收到的是心跳包if (code == HEARTBEAT){//响应心跳包//将心跳包注入到待发送消息队列InjectMessage(_heartbeatPackage);return null;}//......}}}
}

设置IsHeartbeatPass = true后，一次心跳检测轮询就算完成了，且心跳检测通过，服务端会认为该客户端处于正常连接中，等待进行下一次心跳轮询。