心跳机制的概念介绍

网络中的接收和发送数据都是使用操作系统中的SOCKET进行实现。但是如果此套接字已经断开，那发送数据和接收数据的时候就一定会有问题。可是如何判断这个套接字是否还可以使用呢？这个就需要在系统中创建心跳机制。其实TCP中已经为我们实现了一个叫做心跳的机制。如果你设置了心跳，那TCP就会在一定的时间（比如你设置的是3秒钟）内发送你设置的次数的心跳（比如说2次），并且此信息不会影响你自己定义的协议。所谓“心跳”就是定时发送一个自定义的结构体（心跳包或心跳帧），让对方知道自己“在线”。 以确保链接的有效性。

所谓的心跳包就是客户端定时发送简单的信息给服务器端告诉它我还在而已。代码就是每隔几分钟发送一个固定信息给服务端，服务端收到后回复一个固定信息如果服务端几分钟内没有收到客户端信息则视客户端断开。比如有些通信软件长时间不使用，要想知道它的状态是在线还是离线就需要心跳包，定时发包收包。发包方：可以是客户也可以是服务端，看哪边实现方便合理。一般是客户端。服务器也可以定时轮询发心跳下去。心跳包之所以叫心跳包是因为：它像心跳一样每隔固定时间发一次，以此来告诉服务器，这个客户端还活着。事实上这是为了保持长连接，至于这个包的内容，是没有什么特别规定的，不过一般都是很小的包，或者只包含包头的一个空包。

在TCP的机制里面，本身是存在有心跳包的机制的，也就是TCP的选项。系统默认是设置的是2小时的心跳频率。但是它检查不到机器断电、网线拔出、防火墙这些断线。而且逻辑层处理断线可能也不是那么好处理。一般，如果只是用于保活还是可以的。心跳包一般来说都是在逻辑层发送空的包来实现的。下一个定时器，在一定时间间隔下发送一个空包给客户端，然后客户端反馈一个同样的空包回来，服务器如果在一定时间内收不到客户端发送过来的反馈包，那就只有认定说掉线了。只需要send或者recv一下，如果结果为零，则为掉线。

但是，在长连接下，有可能很长一段时间都没有数据往来。理论上说，这个连接是一直保持连接的，但是实际情况中，如果中间节点出现什么故障是难以知道的。更要命的是，有的节点（防火墙）会自动把一定时间之内没有数据交互的连接给断掉。在这个时候，就需要我们的心跳包了，用于维持长连接，保活。在获知了断线之后，服务器逻辑可能需要做一些事情，比如断线后的数据清理呀，重新连接呀当然，这个自然是要由逻辑层根据需求去做了。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。

网络上一个简单的示意图：

1、 Socket（套接字）概念

网络上两个程序通过一个双向的通信连接实现数据的交换，这个连接的一段称为一个 socket ，socket是通信的基石，是支持TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。它是网络通信过程中端点的抽象表示，包含进行网络通信必须的五种信息：连接使用的协议，本地主机的IP地址，本地进程的协议端口，远地主机的IP地址，远地进程的协议端口。

Socket是对TCP/IP协议的封装，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，提供一个易用的接口，所以Socket本身并不是协议，而是一个调用接口（API）。

在一定程度可以认为Socket位于应用层和传输层之间。创建Socket连接时，可以指定使用的传输层协议，Socket可以支持不同的传输层协议（TCP或UDP），当使用TCP协议进行连接时，该Socket连接就是一个TCP连接。

2、 建立Socket连接

建立Socket连接至少需要一对套接字，其中一个运行于客户端，称为ClientSocket，另一个运行于服务器端，称为ServerSocket。

套接字之间的连接过程分为 三个步骤 ：

（1）服务器监听：服务器端套接字并不定位具体的客户端套接字，而是处于等待连接的状态，实时监控网络状态，等待客户端的连接请求。

（2）客户端请求：指客户端的套接字提出连接请求，要连接的目标是服务器端的套接字。为此，客户端的套接字必须首先描述它要连接的服务器的套接字，指出服务器端套接字的地址和端口号，然后就向服务器端套接字提出连接请求。

（3）连接确认：当服务器端套接字监听到或者说接收到客户端套接字的连接请求时，就响应客户端套接字的请求，建立一个新的线程，把服务器端套接字的描述发给客户 端，一旦客户端确认了此描述，双方就正式建立连接。而服务器端套接字继续处于监听状态，继续接收其他客户端套接字的连接请求。

3、 Socket连接与HTTP连接

由于通常情况下Socket连接就是TCP连接，因此Socket连接一旦建立，通信双方即可开始相互发送数据内容，直到双方连接断开。但在实际网络应用 中，客户端到服务器之间的通信往往需要穿越多个中间节点，例如路由器、网关、防火墙等，大部分防火墙默认会关闭长时间处于非活跃状态的连接而导致 Socket 连接断连，因此需要通过轮询告诉网络，该连接处于活跃状态。

而HTTP连接使用的是“请求—响应”的方式，不仅在请求时需要先建立连接，而且需要客户端向服务器发出请求后，服务器端才能回复数据。

4、 关于Socket长连接的心跳包

心跳包就是为了避免一个连接长时间不活跃被关闭而定时发送的一个”骚扰”数据包。

Socket本身就是长连接的，那么为什么还要心跳包呢？

理论上说，这个连接是一直保持连接的，但是实际情况中，如果中间节点出现什么故障是难以知道的。更要命的是，有的节点（防火墙）会自动把一定时间之内没有数据交互的连接给断掉。在这个时候，就需要我们的心跳包了，用于维持长连接，保活。在获知了断线之后，服务器逻辑可能需要做一些事情，比如断线后的数据清理，重新连接……当然，这个自然是要由逻辑层根据需求去做了。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。

如果不主动关闭socket的话，系统不会自动关闭的，除非当前进程挂掉了，操作系统把占用的socket回收了才会关闭。为什么需要心跳连接？主要是为了判断当前连接是否是有效的、可被使用的。在实际应用中假设一段时间没有数据传输时候理论上说应该连接是没有问题的，但是网络复杂，中途出现问题也是常见的，网线被掐断了、对方进程挂掉了、频繁丢包等，这时候TCP连接是不可使用的，但是对于应用层并不知道，如果需知道网络情况则要很复杂的超时进行了解，TCP从底层就实现了这样的功能。心跳机制是TCP在一段时间间隔后发送确认连接端是否还存在，如果存在的话就会回传一个包确定网络有效，如果心跳包有问题，则通知上层应用当前网络有问题了。

这取决于你的server端的超时配置， 每个socket连接都是长连接，它是一个相当占用系统资源的通信管道， 如果这个长连接什么事也没干硬是要占着资源，则server端可以选择关闭这个连接，以省下资源让更多的用户连接进来。

所以，即便客户端的是采用死循环while(true)方式连到服务端，对于特定的客户端和服务端类型来说也需要一定时间间隔的心跳（告诉服务端，我还活着，虽然我没干活也没说话，但别把我关了）

平时我们经常看到各种容器名称：Servlet容器、WEB容器、Java WEB容器、Java EE容器等，还有各种服务器名称：应用服务器、WEB服务器、WEB应用服务器、JavaWEB应用服务器、Java EE服务器等，这么多相似名称，难以弄明白它们之间的区别与联系。

下面我们尝试从它们的定义中，区分它们，找出他们之间的联系，最后通过Apache、nginx、tomcat等举例说明容器以及服务器的联系。

如上图，我们先来看下容器与服务器的联系：容器是位于应用程序/组件和服务器平台之间的接口集合，使得应用程序/组件可以方便部署到服务器上运行。

容器通常理解就是装东西的，我们这里说技术上的容器就是 可以部署应用程序，并在上面运行的环境 。

一般来说，它处理屏蔽了服务器平台的复杂性，使得应用程序在它的基础上可以方便快捷的部署；而对于应用程序来说，它就是位于 应用程序和平台之间的接口集合 。

容器管理组件的生命周期，向应用程序组件分派请求，并提供与上下文数据（如关于当前请求的信息）的接口。

Servlet：属于Java EE重要技术规范，构建了"接收请求--调用servlet程序处理--返回响应"基本模型。

Servlet程序：Java提供了开发Servlet程序的API，该API可以说Servlet容器的一部分，它对接应用程序与Servlet容器；

Servlet容器：就是实现了Servlet技术规范的部署环境，它可以部署运行Servlet程序。

WEB容器：可以部署多个WEB应用程序的环境。web容器给处于其中的应用程序组件(jsp,servlet)提供一个环境，使JSP，Servlet直接跟容器中的环境变量交互，不必关注其他系统问题。

Java WEB容器：实现了 Java EE规定的WEB应用技术规范 的部署环境。

Java EE WEB应用技术规范：Servlet、JSP（JavaServer Pages）、Java WebSocket等。

所以，完整的Java WEB容器包含Servlet容器。

服务器是提供计算服务的设备。由于服务器需要响应服务请求，并进行处理，因此一般来说服务器应具备承担服务并且保障服务的能力。

简单来说，服务器是 提供某些服务的设备 。

应用程序：是指为针对使用者的某种应用目的所编写的软件。

应用服务器：就是运行应用程序，提供应用程序所实现服务的设备。

通常来说， 服务器端的应用程序实现各种业务逻辑，应用服务器通过各种协议把这些业务逻辑曝露给客户端的程序 。它提供了访问商业逻辑的途径，以供客户端应用程序使用。应用服务器使用此业务逻辑就像调用对象的一个方法一样。

WEB：现广泛译作网络、互联网等技术领域。表现为三种形式，即超文本（hypertext）、超媒体（hypermedia）、超文本传输协议（HTTP）等。

WEB服务器：或者叫 HTTP Server ,主要用于操作Http请求，包括接受客户端的请求以及响应。它可以处理请求，也可以将请求转发至其他服务器。

简单来说，WEB服务器是提供网上信息浏览等WEB服务的设备。 Apache、Nginx、IIS是目前最主流的三个Web服务器。可以用它们来构建WEB应用服务器，通常它们发现一个请求是动态请求，就通过CGI、ISAPI、特殊管道等协议接口调用后面的应用服务器来协同处理请求。如Nginx通过fastCGI模块来调用ZendEngine执行PHP应用来处理PHP请求。

上面我们 把应用服务器和WEB服务器 严格区分：应用服务器通过应用程序接口(通常是网络请求API）把业务逻辑暴露给客户端应用程序。而WEB服务器通过HTTP提供静态内容给浏览器等客户端。

如果不严格区分，应用服务器包含WEB服务器，因为WEB服务器是WEB服务应用程序实现的。

WEB应用服务器：结合应用服务器和WEB服务器，可以说，它是带应用服务器的Web服务器，接收HTTP请求后，既能返回页面等静态内容，又能处理业务逻辑返回数据。

Tomcat、Jetty、WebLogic、Websphere、JBoss都是Java（EE） WEB应用服务器。拿最常用的Tomcat来说，Tomcat是Java Servlet，JavaServerPages，Java Expression Language和JavaWebSocket（Java EE）技术的开源实现。

Java EE服务器是实现Java EE技术规范，并提供标准Java EE服务的应用程序服务器。

Java EE服务器有时称为应用服务器，因为它们允许您向客户端提供应用数据，就像Web服务器向Web浏览器提供Web页面一样。

一个典型的JavaEE系统可以由两部分构成首先是Web Server 用于处理静态资源，然后是JavaEE Application Server 用于处理业务的动态资源。而这两部分可以是单独的服务器例如Nginx+WebSphere也可以在一个服务器上完成比如Tomcat(Tomcat即可以处理静态资源又可以处理动态的Servlet)。

从概念上讲：Web服务器是提供WWW服务的程序；Web容器是提供给开发者的框架；Web应用程序服务器内容丰富得多，既可用各厂商通常遵循一定的工业标准并自定义扩展功能而成，也可以利用开源组件轻量级拼装打造。

计算机前端和后端的主要区别如下：

一、前端

1、前端是指用户直接与之交互的部分，通常指的是网站或应用程序的用户界面（UI）。

2、前端开发主要涉及使用HTML、CSS和JavaScript等技术来构建用户界面，实现页面的布局、样式和交互效果。前端开发需要关注用户体验，确保界面设计友好、响应迅速以及功能的可用性。

二、后端

1、后端是指网站或应用程序后台的部分，负责处理数据存储、业务逻辑和与数据库的交互等功能。

2、后端开发主要涉及使用编程语言（如Python、Java、Ruby等）和后端框架（如Nodejs、Django、Ruby on Rails等）来处理服务器端的逻辑。后端开发需要关注数据的处理、安全性、性能和可扩展性等方面。

三、数据交互

前端和后端之间通过网络进行数据交互。前端通过发送请求给后端，后端接收请求并返回数据给前端，前端再将数据展示给用户。前端和后端共同协作，配合完成用户需求的实现。

计算机的输出设备

1、显示器/屏幕：用于显示计算机处理后的图像、文字和图形。

2、打印机：用于将计算机中的文档、图像或其他数据打印到纸张上。

3、音频设备：例如扬声器或耳机，用于播放电脑中的音频或声音。

4、数据投影仪：用于将计算机上的内容投射到屏幕或墙壁上，以供大型演示或展示使用。

5、指示灯/LED：用于显示计算机或外部设备的状态，例如电源指示灯、网络连接指示灯等。

6、震动设备：例如游戏手柄或触觉反馈装置，用于通过触觉反馈提供游戏或交互体验。

7、光盘/光驱：用于读取和播放光盘中的音频、视频或数据文件。

8、多媒体设备：例如摄像头或录像机，用于捕捉图像、视频或进行视频通话。

9、绘图板/数位板：用于绘制和输入图形、手写或手绘作品。

10、虚拟现实设备：例如头戴式显示器、手柄等，用于提供沉浸式的虚拟现实体验。

关系：

1、服务器位于网络和数据库之间，服务器是为应用程序提供业务逻辑的。是基于组件的，位于以服务器为中心的架构的中间件。

2、这个架构通常是一个主要的基于Web的界面。中间件是业务逻辑所在的应用服务器。而第三层，后端是负责数据库的服务器。应用程序服务器充当用户和数据库之间的交互。

3、应用服务器通过各种协议向客户端应用程序打开业务逻辑。还可以包括计算机，web服务器或其他应用服务器上的图形用户界面。业务逻辑通过组件API。管理自己的资源以及执行安全性，事务处理，资源和连接池以及消息传递。

扩展资料：

相互之间的优势

1、当需要与现有数据库和服务器（如Web服务器）集成时，应使用应用程序服务器。可以通过启用集中式方法来提供应用程序更新和升级来提供数据和代码的完整性。

2、可伸缩性是使用应用服务器的另一个原因和好处。应用程序服务器可以与数据库连接。这意味着企业可以扩展Web服务器群，而不需要增加数据库连接的数量。

3、另一个好处是安全。从网页到数据库的直接链接如果暴露，可导致SQL注入攻击基础架构。通过单独的数据访问层执行数据验证和/或显示业务逻辑，可以确保以Web表单输入的文本不被用作SQL调用。

通过集中身份验证过程以及数据访问管理，还可以提高安全性。可以通过对网络流量进行限制来提高对性能要求高的应用程序的性能。