socket中的短鏈接與長鏈接,心跳包示例詳解

TCP鏈接簡介
當網絡通訊時採用TCP協議時，在真正的讀寫操做以前，server與client之間必須創建一個鏈接，
當讀寫操做完成後，雙方再也不須要這個鏈接時它們能夠釋放這個鏈接，
鏈接的創建是須要三次握手的，而釋放則須要4次握手，
因此說每一個鏈接的創建都是須要資源消耗和時間消耗的
經典的三次握手示意圖：

 

經典的四次握手關閉圖：

 

1、長鏈接與短鏈接
長鏈接: 指在一個TCP鏈接上能夠連續發送多個數據包，
        在TCP鏈接保持期間，若是沒有數據包發送，須要雙方發檢測包以維持此鏈接;
        通常須要本身作在線維持。 
短鏈接: 指通訊雙方有數據交互時，就創建一個TCP鏈接，數據發送完成後，則斷開此TCP鏈接;
        通常銀行都使用短鏈接。 
        它的優勢是：管理起來比較簡單，存在的鏈接都是有用的鏈接，不須要額外的控制手段 

好比http的，只是鏈接、請求、關閉，過程時間較短,服務器如果一段時間內沒有收到請求便可關閉鏈接。 
其實長鏈接是相對於一般的短鏈接而說的，也就是長時間保持客戶端與服務端的鏈接狀態。

長鏈接與短鏈接的操做過程 
一般的短鏈接操做步驟是： 
  鏈接→數據傳輸→關閉鏈接；

而長鏈接一般就是： 
  鏈接→數據傳輸→保持鏈接(心跳)→數據傳輸→保持鏈接(心跳)→……→關閉鏈接； 

這就要求長鏈接在沒有數據通訊時，定時發送數據包(心跳)，以維持鏈接狀態，
短鏈接在沒有數據傳輸時直接關閉就好了

何時用長鏈接，短鏈接？
長鏈接多用於操做頻繁，點對點的通信，並且鏈接數不能太多狀況。
每一個TCP鏈接都須要三步握手，這須要時間，若是每一個操做都是先鏈接，再操做的話那麼處理速度會下降不少，
因此每一個操做完後都不斷開，下次次處理時直接發送數據包就OK了，不用創建TCP鏈接。

例如：數據庫的鏈接用長鏈接， 
若是用短鏈接頻繁的通訊會形成socket錯誤，並且頻繁的socket 建立也是對資源的浪費。

2、發送接收方式
一、異步 
報文發送和接收是分開的，相互獨立的，互不影響。這種方式又分兩種狀況： 
(1)異步雙工：接收和發送在同一個程序中，由兩個不一樣的子進程分別負責發送和接收 
(2)異步單工：接收和發送是用兩個不一樣的程序來完成。 

二、同步 
報文發送和接收是同步進行，既報文發送後等待接收返回報文。 
同步方式通常須要考慮超時問題，即報文發出去後不能無限等待，須要設定超時時間，
超過該時間發送方再也不等待讀返回報文，直接通知超時返回。
 
在長鏈接中通常是沒有條件可以判斷讀寫何時結束，因此必需要加長度報文頭。
讀函數先是讀取報文頭的長度，再根據這個長度去讀相應長度的報文。

三. 單工、半雙工和全雙工
根據通訊雙方的分工和信號傳輸方向可將通訊分爲三種方式：
單工、
半雙工、
全雙工。

在計算機網絡中主要採用雙工方式，其中：
局域網採用半雙工方式，
城域網和廣域網採用全雙年方式。   

1. 單工(Simplex)方式：
通訊雙方設備中發送器與接收器分工明確，只能在由發送器向接收器的單一固定方向上傳送數據。
採用單工通訊的典型發送設備如早期計算機的讀卡器，典型的接收設備如打印機。   

2. 半雙工(Half Duplex)方式：
通訊雙方設備既是發送器，也是接收器，兩臺設備能夠相互傳送數據，但某一時刻則只能向一個方向傳送數據。
例如，步話機是半雙工設備，由於在一個時刻只能有一方說話。   

3. 全雙工(Full Duplex)方式：
通訊雙方設備既是發送器，也是接收器，兩臺設備能夠同時在兩個方向上傳送數據。
例如，電話是全雙工設備，由於雙方可同時說話。

而像WEB網站的http服務通常都用短連接，由於長鏈接對於服務端來講會耗費必定的資源，
而像WEB網站這麼頻繁的成千上萬甚至上億客戶端的鏈接用短鏈接會更省一些資源，
若是用長鏈接，並且同時有成千上萬的用戶，若是每一個用戶都佔用一個鏈接的話，那可想而知吧。
因此併發量大，但每一個用戶無需頻繁操做狀況下需用短連好。

總之，長鏈接和短鏈接的選擇要視狀況而定。

4、一個最簡單的長鏈接與心跳保持的示例程序
/*!
 ******************************************************************************
 * \File
 *  
 * \Brief
 *   
 * \Author
 *  Hank
 ******************************************************************************
 */

1. #include <stdio.h>
2. #include <string.h>
3. #include <errno.h>
4. #include <sys/socket.h>
5. #include <resolv.h>
6. #include <stdlib.h>
7. #include <netinet/in.h>
8. #include <arpa/inet.h>
9. #include <arpa/inet.h>
10. #include <unistd.h>
11. #include <sys/time.h>
12. #include <sys/types.h>

#define MAXBUF 1024


int main(int argc, char **argv)
{
  int sockfd, len;
  struct sockaddr_in dest;
  char buffer[MAXBUF];
  char heartbeat[20] = "hello server";
  fd_set rfds;
  struct timeval tv;
  int retval, maxfd = -1;

  if (argc != 3)
  {
    printf("error! the right format should be : \
          \n\t\t%s IP port\n\t eg:\t%s127.0.0.1 80\n",
          argv[0], argv[0]);
    exit(0);
  }

  if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
  {
    perror("Socket");
    exit(errno);
  }

  bzero(&dest, sizeof(dest));
  dest.sin_family = AF_INET;
  dest.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
  memset(&(dest.sin_zero), 0, 8);
  if (inet_aton(argv[1], (struct in_addr*)&dest.sin_addr.s_addr) == 0)
  {
    perror(argv[1]);
    exit(errno);
  }

  if (connect(sockfd, (struct sockaddr*)&dest, sizeof(dest)) != 0)
  {
    perror("Connect");
    exit(errno);
  }
  printf("\nReady to start chatting.\n\
        Direct input messages and \n\
        enter to send messages to the server\n");

  while (1)
  {
    FD_ZERO(&rfds);
    FD_SET(0, &rfds);
    maxfd = 0;

    FD_SET(sockfd, &rfds);
    if (sockfd > maxfd)
      maxfd = sockfd;

    tv.tv_sec = 2;
    tv.tv_usec = 0;

    retval = select(maxfd+1, &rfds, NULL, NULL, &tv);
    if (retval == -1)
    {
      printf("Will exit and the select is error! %s", strerror(errno));
      break;
    }
    else if (retval == 0)
    {
      //printf("No message comes, no buttons, continue to wait ...\n");
      len = send(sockfd, heartbeat, strlen(heartbeat), 0);
      if (len < 0)
      {
        printf("Message '%s' failed to send ! \
              The error code is %d, error message '%s'\n",
              heartbeat, errno, strerror(errno));
        break;
      }
      else
      {
        printf("News: %s \t send, sent a total of %d bytes!\n",
              heartbeat, len);
      }

      continue;
    }
    else
    {
      if (FD_ISSET(sockfd, &rfds))
      {
        bzero(buffer, MAXBUF+1);
        len = recv(sockfd, buffer, MAXBUF, 0);


        if (len > 0)
        {
          printf("Successfully received the message: '%s',%d bytes of data\n",
                  buffer, len);
        }
        else
        {
          if (len < 0)
              printf("Failed to receive the message! \
                    The error code is %d, error message is '%s'\n",
                    errno, strerror(errno));
          else
              printf("Chat to terminate!\n");


          break;
        }
      }


      if (FD_ISSET(0, &rfds))
      {
        bzero(buffer, MAXBUF+1);
        fgets(buffer, MAXBUF, stdin);


        if (!strncasecmp(buffer, "quit", 4))
        {
          printf("Own request to terminate the chat!\n");
          break;
        }


        len = send(sockfd, buffer, strlen(buffer)-1, 0);
        if (len < 0)
        {
          printf("Message '%s' failed to send ! \
                The error code is %d, error message '%s'\n",
                buffer, errno, strerror(errno));
          break;
        }
        else
        {
          printf("News: %s \t send, sent a total of %d bytes!\n",
                buffer, len);
        }
      }
    }
  }


  close(sockfd);
  return 0;
}