Netty源码分析-基于Netty的心跳检测机制IdleStateHandler实现长连接

概述

长连接是指在客户端和服务端建立tcp连接，进行一次数据请求和响应之后，不立即关闭连接，而是维持这个连接，后续请求和响应继续通过该连接进行处理。

基于TCP的keepalive机制实现

基于TCP的keepalive机制，由具体的TCP协议栈来实现长连接的维持。如在netty中可以在创建channel的时候，指定SO_KEEPALIVE参数来实现：
存在的问题：Netty只能控制SO_KEEPALIVE这个参数，其他参数，则需要从系统的sysctl中读取，其中比较关键的是tcp_keepalive_time，发送心跳包检测的时间间隔，默认为7200s，即空闲后，每2小时检测一次。如果客户端在这2小时内断开了，那么服务端也要维护这个连接2小时，浪费服务端资源；另外就是对于需要实时传输数据的场景，客户端断开了，服务端也要2小时后才能发现。服务端发送心跳检测，具体可能出现的情况如下：
（1）连接正常：客户端仍然存在，网络连接状况良好。此时客户端会返回一个 ACK 。服务端接收到ACK后重置计时器，在2小时后再发送探测。如果2小时内连接上有数据传输，那么在该时间基础上向后推延2个小时；
（2）连接断开：客户端异常关闭，或是网络断开。在这两种情况下，客户端都不会响应。服务器没有收到对其发出探测的响应，并且在一定时间（系统默认为 1000 ms ）后重复发送 keep-alive packet ，并且重复发送一定次数。
（3）客户端曾经崩溃，但已经重启：这种情况下，服务器将会收到对其存活探测的响应，但该响应是一个复位，从而引起服务器对连接的终止。

基于Netty的IdleStateHandler实现

通过会在应用层来实现长连接，Netty是基于IdleStateHandler实现的，IdleStateHandler是ChannelDuplexHandler的一个实现类，可以对读写IO进行空闲检测。

Netty超时检测的设计和底层实现

空闲检测时间
IdleStateHandler支持对读，写，读写三个维度的检测，通过构造函数来设值，如下：

可以分别控制读，写，读写超时的时间，单位为秒，如果是0表示不检测，所以如果全是0，则相当于没添加这个IdleStateHandler，连接是个普通的短连接。
定时检测
IdleStateHandler是在创建IdleStateHandler实例并添加到ChannelPipeline时添加定时任务来进行定时检测的，具体在initialize(ctx)方法实现；同时在从ChannelPipeline移除或Channel关闭时，移除这个定时检测，具体在destroy()实现，如图：

定时检测任务初始化
1. 定时任务执行线程：调用ctx.executor方法获取一个执行定时任务的线程
  
  如下为AbstractChannelHandlerContext的executor获取：如果存在executor则使用，否则使用channel所绑定的eventLoop线程来执行，而executor可以通过在pipeline的addLast方法指定一个额外的线程池group，这样executor就是从这个额外的线程池group中获取的一个线程：
  
  在DefaultChannelPipeline的addLast方法：是否指定group
  
  executor的获取：
2. 空闲检测任务，以ReaderIdleTimeoutTask为例
  （1）任务基类
  
  （2）ReaderIdleTimeoutTask实现run方法：
- nextDelay的初始化值为超时秒数readerIdleTimeNanos，如果检测的时候没有正在读，且计算多久没读了：nextDelay -= 当前时间 - 上次读取时间，如果小于0，说明左边的readerIdleTimeNanos小于空闲时间（当前时间 - 上次读取时间）了，则超时了：
- 创建IdleStateEvent事件，IdleState枚举值为READER_IDLE，然后调用channelIdle方法分发给下一个ChannelInboundHandler，通常由用户自定义一个ChannelInboundHandler来捕获并处理：
  
  （3）reading和lastReadTime的维护：在channelRead中，每次Channel有数据读入时，设值为true，表示正在读；channelReadComplement读完时，记录最近读取时间为当前时间，并重置reading为false。
  
  如果是写的检测，由于写是异步的，则是使用listerner的方式：
移除定时检测任务

案例：web服务保持与客户端（内部其他提供数据的服务）的长连接

将timeout包的IdleStateHandler放到pipeline中，用于检测channel的空闲超时事件，即可以指定channel多久没有read或者write操作，则触发读写超时IO事件，以下只对read空闲超时进行检测：
在pipeline中，在IdleStateHandler后面需要添加一个ChannelInboundHandler处理器来捕获IdleStateEvent事件：自定义ChannelInboundHandler的实现PingReqHandler，在userEventTriggered方法中ping对方来保持长连接：