怎么在c#中利用socket实现一个心跳超时检测的功能-创新互联

怎么在c#中利用socket实现一个心跳超时检测的功能？相信很多没有经验的人对此束手无策，为此本文总结了问题出现的原因和解决方法，通过这篇文章希望你能解决这个问题。

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1 内存布局图

怎么在c#中利用socket实现一个心跳超时检测的功能

假设socket3有新的数据到达，需要更新socket3所在的时间轴，处理逻辑如下：

怎么在c#中利用socket实现一个心跳超时检测的功能

2 处理过程分析：

基本的处理思路就是增加时间轴概念。将socket按最后更新时间排序。因为时间是连续的，不可能将时间分割太细。首先将时间离散，比如属于同一秒内的更新，被认为是属于同一个时间点。离散的时间间隔称为时间刻度，该刻度值可以根据具体情况调整。刻度值越小，超时计算越精确；但是计算量增大。如果时间刻度为10毫秒，则一秒的时间长度被划分为100份。所以需要对更新时间做规整，代码如下：

DateTime CreateNow()
 {
  DateTime now = DateTime.Now;
  int m = 0; 
  if(now.Millisecond != 0)
  {
  if(_minimumScaleOfMillisecond == 1000)
  {
   now = now.AddSeconds(1); //尾数加1，确保超时值大于 给定的值
  }
  else
  {
   //如果now.Millisecond为16毫秒，精确度为10毫秒。则转换后为20毫秒
   m = now.Millisecond - now.Millisecond % _minimumScaleOfMillisecond + _minimumScaleOfMillisecond;
   if(m>=1000)
   {
   m -= 1000;
   now = now.AddSeconds(1);
   }
  }
  }
  return new DateTime(now.Year, now.Month, now.Day, now.Hour, now.Minute, now.Second,m);
 }

属于同一个时间刻度的socket，被放入在一个哈希表中（见图中Group）。存放socket的类如下：

class SameTimeKeyGroup
 {
 DateTime _timeStamp;
 public DateTime TimeStamp => _timeStamp;
 public SameTimeKeyGroup(DateTime time)
 {
  _timeStamp = time;
 }
 public HashSet KeyGroup { get; set; } = new HashSet();

 public bool ContainKey(T key)
 {
  return KeyGroup.Contains(key);
 }

 internal void AddKey(T key)
 {
  KeyGroup.Add(key);
 }
 internal bool RemoveKey(T key)
 {
  return KeyGroup.Remove(key);
 }
 }

定义一个List表示时间轴：

List> _listTimeScale = new List>();

在_listTimeScale 前端的时间较旧，所以链表前端就是有可能超时的socket。

当有socket需要更新时，需要快速知道socket所在的group。这样才能将socket从旧的group移走，再添加到新的group中。需要新增一个链表：

 Dictionary> _socketToSameTimeKeyGroup = new Dictionary>();

2.1 当socket有新的数据到达时，处理步骤：

查找socket的上一个群组。如果该群组对应的时刻和当前时刻相同（时间都已经离散，才有可能相同），无需更新时间轴。
从旧的群组删除，增加到新的群组。

public void UpdateTime(T key)
 {
  DateTime now = CreateNow();
  //是否已存在,从上一个时间群组删除
  if (_socketToSameTimeKeyGroup.ContainsKey(key))
  {
  SameTimeKeyGroup group = _socketToSameTimeKeyGroup[key];
  if (group.ContainKey(key))
  {
   if (group.TimeStamp == now) //同一时间更新，无需移动
   {
   return;
   }
   else
   {
   group.RemoveKey(key);
   _socketToSameTimeKeyGroup.Remove(key);
   }
  }
  }

  //从超时组 删除
  _timeoutSocketGroup.Remove(key);

  //加入到新组
  SameTimeKeyGroup groupFromScaleList = GetOrCreateSocketGroup(now, out bool newCreate);
  groupFromScaleList.AddKey(key);

  _socketToSameTimeKeyGroup.Add(key, groupFromScaleList);

  if (newCreate)
  {
  AdjustTimeout();
  }
 }

2.2 获取超时的socket

时间轴从旧到新，对比群组的时间与超时时刻。就是链表_listTimeScale，从0开始查找。

/// 
 ///timeLimit 值为超时时刻限制 
 ///比如DateTime.Now.AddMilliseconds(-1000);表示 返回一秒钟以前的数据
 /// 
 /// 该时间以前的socket会被返回
 /// 
 public List GetTimeoutValue(DateTime timeLimit, bool remove = true)
 {
  if((DateTime.Now - timeLimit) > _maxSpan )
  {
  Debug.Write("GetTimeoutSocket timeLimit 参数有误！");
  }

  //从超时组 读取
  List result = new List();
  foreach(T key in _timeoutSocketGroup)
  {
  _timeoutSocketGroup.Add(key);
  }

  if(remove)
  {
  _timeoutSocketGroup.Clear();
  }

  while (_listTimeScale.Count > 0)
  {
  //时间轴从旧到新，查找对比
  SameTimeKeyGroup group = _listTimeScale[0];
  if(timeLimit >= group.TimeStamp)
  {
   foreach (T key in group.KeyGroup)
   {
   result.Add(key);
   if (remove)
   {
    _socketToSameTimeKeyGroup.Remove(key);
   }
   }

   if(remove)
   {
   _listTimeScale.RemoveAt(0);
   }
  }
  else
  {
   break;
  }
  }

  return result;
 }

3 使用举例

//创建变量。较大超时时间为600秒，时间刻度为1秒
TimeSpanManage _deviceActiveManage = TimeSpanManage.Create(TimeSpan.FromSeconds(600), 1000);

//当有数据到达时，调用更新函数 
_deviceActiveManage.UpdateTime(socket);

//需要在线程或定时器中，每隔一段时间调用，找出超时的socket
//找出超时时间超过600秒的socket。
foreach (Socket socket in _deviceActiveManage.GetTimeoutValue(DateTime.Now.AddSeconds(-600)))
{
 socket.Close();
}

4 完整代码

/// 
 /// 超时时间 时间间隔处理
 /// 
 class TimeSpanManage
 {
 TimeSpan _maxSpan;
 int _minimumScaleOfMillisecond;
 int _scaleCount;

 List> _listTimeScale = new List>();
 private TimeSpanManage()
 {
 }

 /// 
 ///
 /// 
 /// 较大时间时间
 /// 最小刻度（毫秒）
 /// 
 public static TimeSpanManage Create(TimeSpan maxSpan, int minimumScaleOfMillisecond)
 {
  if (minimumScaleOfMillisecond <= 0)
  throw new Exception("minimumScaleOfMillisecond 小于0");
  if (minimumScaleOfMillisecond > 1000)
  throw new Exception("minimumScaleOfMillisecond 不能大于1000");

  if (maxSpan.TotalMilliseconds <= 0)
  throw new Exception("maxSpan.TotalMilliseconds 小于0");

  TimeSpanManage result = new TimeSpanManage();
  result._maxSpan = maxSpan;
  result._minimumScaleOfMillisecond = minimumScaleOfMillisecond;

  result._scaleCount = (int)(maxSpan.TotalMilliseconds / minimumScaleOfMillisecond);
  result._scaleCount++;
  return result;
 }

 Dictionary> _socketToSameTimeKeyGroup = new Dictionary>();
 public void UpdateTime(T key)
 {
  DateTime now = CreateNow();
  //是否已存在,从上一个时间群组删除
  if (_socketToSameTimeKeyGroup.ContainsKey(key))
  {
  SameTimeKeyGroup group = _socketToSameTimeKeyGroup[key];
  if (group.ContainKey(key))
  {
   if (group.TimeStamp == now) //同一时间更新，无需移动
   {
   return;
   }
   else
   {
   group.RemoveKey(key);
   _socketToSameTimeKeyGroup.Remove(key);
   }
  }
  }

  //从超时组 删除
  _timeoutSocketGroup.Remove(key);

  //加入到新组
  SameTimeKeyGroup groupFromScaleList = GetOrCreateSocketGroup(now, out bool newCreate);
  groupFromScaleList.AddKey(key);

  _socketToSameTimeKeyGroup.Add(key, groupFromScaleList);

  if (newCreate)
  {
  AdjustTimeout();
  }
 }

 public bool RemoveSocket(T key)
 {
  bool result = false;
  if (_socketToSameTimeKeyGroup.ContainsKey(key))
  {
  SameTimeKeyGroup group = _socketToSameTimeKeyGroup[key];
  result = group.RemoveKey(key);

  _socketToSameTimeKeyGroup.Remove(key);
  }

  //从超时组 删除
  bool result2 = _timeoutSocketGroup.Remove(key);
  return result || result2;
 }

 /// 
 ///timeLimit 值为超时时刻限制
 ///比如DateTime.Now.AddMilliseconds(-1000);表示 返回一秒钟以前的数据
 /// 
 /// 该时间以前的socket会被返回
 /// 
 public List GetTimeoutValue(DateTime timeLimit, bool remove = true)
 {
  if((DateTime.Now - timeLimit) > _maxSpan )
  {
  Debug.Write("GetTimeoutSocket timeLimit 参数有误！");
  }

  //从超时组 读取
  List result = new List();
  foreach(T key in _timeoutSocketGroup)
  {
  _timeoutSocketGroup.Add(key);
  }

  if(remove)
  {
  _timeoutSocketGroup.Clear();
  }

  while (_listTimeScale.Count > 0)
  {
  //时间轴从旧到新，查找对比
  SameTimeKeyGroup group = _listTimeScale[0];
  if(timeLimit >= group.TimeStamp)
  {
   foreach (T key in group.KeyGroup)
   {
   result.Add(key);
   if (remove)
   {
    _socketToSameTimeKeyGroup.Remove(key);
   }
   }

   if(remove)
   {
   _listTimeScale.RemoveAt(0);
   }
  }
  else
  {
   break;
  }
  }

  return result;
 }

 HashSet _timeoutSocketGroup = new HashSet();
 private void AdjustTimeout()
 {
  while (_listTimeScale.Count > _scaleCount)
  {
  SameTimeKeyGroup group = _listTimeScale[0];
  foreach (T key in group.KeyGroup)
  {
   _timeoutSocketGroup.Add(key);
  }

  _listTimeScale.RemoveAt(0);
  }
 }

 private SameTimeKeyGroup GetOrCreateSocketGroup(DateTime now, out bool newCreate)
 {
  if (_listTimeScale.Count == 0)
  {
  newCreate = true;
  SameTimeKeyGroup result = new SameTimeKeyGroup(now);
  _listTimeScale.Add(result);
  return result;
  }
  else
  {
  SameTimeKeyGroup lastGroup = _listTimeScale[_listTimeScale.Count - 1];
  if (lastGroup.TimeStamp == now)
  {
   newCreate = false;
   return lastGroup;
  }

  newCreate = true;
  SameTimeKeyGroup result = new SameTimeKeyGroup(now);
  _listTimeScale.Add(result);
  return result;
  }
 }

 DateTime CreateNow()
 {
  DateTime now = DateTime.Now;
  int m = 0;
  if(now.Millisecond != 0)
  {
  if(_minimumScaleOfMillisecond == 1000)
  {
   now = now.AddSeconds(1); //尾数加1，确保超时值大于 给定的值
  }
  else
  {
   //如果now.Millisecond为16毫秒，精确度为10毫秒。则转换后为20毫秒
   m = now.Millisecond - now.Millisecond % _minimumScaleOfMillisecond + _minimumScaleOfMillisecond;
   if(m>=1000)
   {
   m -= 1000;
   now = now.AddSeconds(1);
   }
  }
  }
  return new DateTime(now.Year, now.Month, now.Day, now.Hour, now.Minute, now.Second,m);
 }
 }

 class SameTimeKeyGroup
 {
 DateTime _timeStamp;
 public DateTime TimeStamp => _timeStamp;
 public SameTimeKeyGroup(DateTime time)
 {
  _timeStamp = time;
 }
 public HashSet KeyGroup { get; set; } = new HashSet();

 public bool ContainKey(T key)
 {
  return KeyGroup.Contains(key);
 }

 internal void AddKey(T key)
 {
  KeyGroup.Add(key);
 }
 internal bool RemoveKey(T key)
 {
  return KeyGroup.Remove(key);
 }
 }

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