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前言
当实现具备实时性需求时，我们一般会选择长连接的通信方式
而在实现长连接方式时，存在很多性能问题，如 长连接保活
今天，我将 手把手教大家实现自适应的心跳保活机制，从而能高效维持长连接
通过 长时间保持双方连接，从而：
提高通信速度
确保实时性
避免短时间内重复连接所造成的信道资源 & 网络资源的浪费
从上节可知，在长连接的情况下，双方的所有通信 都建立在1条长连接上（1次TCP连接）；所以，长连接 需要 持续保持双方连接 才可使得双方持续通信
可是，长连接会存在断开的情况，而 断开原因 主要是：
长连接所在进程被杀死
NAT超时
网络状态发生变化
其他不可抗因素（网络状态差、DHCP的租期等等 ）
下面，我将对每种原因进行分析
当进程被杀死后，长连接也会随之断开
NAT超时现象如下
各运营商 & 地区的 NAT超时时间如下
特别注意：排除其他外因（网络切换、NAT超时、人为原因），TCP长连接在双方都不断开连接的情况上，本质上是不会自动中断的
即，不需要心跳包来维持
验证：让2台电脑连上同1个Wifi（其中1台做服务器, 另1台做客户端连接服务器（无设置KeepAlive）；只要电脑、路由器不断网断电，那么，2台电脑的长连接是不会自动中断的。
当移动客户端网络状态发生变化时（如移动网络 & Wifi切换、断开、重连），也会使长连接断开
如网络状态差、DHCP的租期到期等等，都会使得长连接发生 偶然的断开
DHCP的租期到期：对于 Android系统， DHCP到了租期后不会主动续约 & 继续使用过期IP,，从而导致长连接 断开
在了解长连接断开原因后，针对对应原因，此处给出 高效维持长连接的解决方案
为此，若需有效维持长连接，则需要做到
其实，说得简单点：高效维持长连接的关键在于
保活：处于连接状态时尽量不要断
断线重连：断了之后继续重连回来
整体概括如下：
这是本文的重点，下节开始会详细解析
原理
检测网络状态变化 & 判断连接的有效性
具体实现
前者请参考文章：Android：检测网络状态&监听网络变化；后者主要存在于心跳保活机制，所以下面会在心跳保活机制中一起讲解。
心跳保活机制的整体介绍如下
注：很多人容易混淆 心跳机制 & 轮询机制，此处给出二者区别
对国、内外主流的移动IM产品（WhatsApp、Line、微信）进行了心跳机制的简单分析 & 对比，具体请看下图
下面，将根据市面上主流的心跳机制，设计 一套心跳机制方案
对于心跳机制方案设计的主要考虑因素 = 保证消息的实时性 & 耗费设备的资源（网络流量、电量、CPU等等）
从上图可以看出，对于心跳机制方案设计的要点在于
心跳包的规格（内容 & 大小）
心跳发送的间隔时间
断线重连机制 （核心 = 如何 判断长连接的有效性）
在下面的方案设计中，将针对这3个问题给出详细的解决方案。
为了减少流量 & 提高发送效率，需要精简心跳包的设计
7.1.1 设计原则
主要从心跳包的内容 & 大小入手，设计原则具体如下
7.1.2 设计方案
心跳包 = 1个携带少量信息 & 大小在10字节内的信息包
为了 防止NAT超时 & 减少设备资源的消耗（网络流量、电量、CPU等等），心跳发送的间隔时间 是 整个 心跳机制方案设计的重点。
7.2.1 设计原则
心跳发送间隔时间的设计原则如下
7.2.2 设计方案
a. 最直接 & 常用方案
一般，最直接 & 常用的心跳发送间隔时间设置方案 ：每隔估计 x 分钟发送心跳包1次
其中，x ＜5分钟即可。（综合主流移动IM产品，此处建议 x= 4分钟）
但是，这种方案存在一些问题：
下面，我将详细讲解 自适应心跳间隔时间 的设计方案
b. 自适应心跳间隔时间 设计方案
基本流程
该方案需要解决的有2个核心问题：
1.如何自适应计算心跳间隔 从而使得心跳间隔 接近 当前NAT 超时时间？
答：不断增加心跳间隔时间进行心跳应答测试，直到心跳失败5次后，即可找出最接近 当前NAT 超时时间的心跳间隔时间。具体请看下图：
注：只有当心跳间隔 接近 NAT 超时时间 时，才能最大化平衡 长连接不中断 & 设备资源消耗最低的问题。
2.如何检测 当前网络环境的NAT 超时时间 发生了变化 ？
答：当前发送心跳包成功 的最大间隔时间（即最接近NAT超时时间的心跳间隔） 发送失败5次后，则判断当前网络环境的NAT 超时时间 发生了变化。具体请看下图：
注：在检测到 NAT 超时时间 发生变化后，重新自适应计算心跳间隔 从而使得心跳间隔 接近 NAT 超时时间
总结：统筹2个核心问题，总结出自适应心跳间隔时间 设计方案为下图
该机制的核心在于， 如何 判断长连接的有效性
即，什么情况下视为 长连接 断线？
7.3.1 设计原则
判断长连接是否有效的准则 = 服务器是否返回心跳应答
此处需要 分清：长连接 存活 & 有效 状态的区别：
7.3.2 设计方案
基本思路
若连续5次发送心跳后，服务器都无心跳应答，则视为长连接无效
通过计数计算
判断流程
7.3.3 网上流传的方案
在网上流传着一些用于判断长连接是否有效的方案，具体介绍如下
至此，关于心跳保活机制已经讲解完毕。
设计方案
流程设计
其中，标识 “灰色” 的判断流程参考上文描述
上面的方案依然会存在缺陷，从而导致 长连接断开
如，长连接本身不可用（此时重连多少次也没用）
下面，将优化 & 完善上述方案，从而保证 客户端与服务器依然保持着通信状态
优化点
确保当前网络的有效性 & 稳定性再开始长连接
自适应计算心跳包间隔时间的时机
问题描述
解决方案
加入到原有 心跳保活机制 主流程
问题描述
方案设计
加入到原有 心跳保活机制 主流程
9. 额外说明：TCP 协议自带 KeepAlive 的机制 是否 可替代心跳机制
很多人认为，TCP 协议自身就有KeepAlive机制，为何基于它的通讯链接，仍需 在应用层实现额外的心跳保活机制？
结论：无法替代
原因：TCP KeepAlive机制 的作用 是检测连接的有无（死活），但无法检测连接是否有效。
“连接有效”的定义 = 双方具备发送 & 接收消息的能力
先来看看KeepAlive 机制 是什么
KeepAlive 的机制 不可 替代心跳机制 的具体原因如下：
KeepAlive 机制只是操作系统底层的一个被动机制，不应该被上层应用层使用
当系统关闭一个由KeepAlive 机制检查出来的死连接时，是不会主动通知上层应用的，只能通过调用相应IO操作的返回值中发现
KeepAlive机制无法代替心跳机制，需要在应用层 自己实现心跳机制以检测长连接的有效性，从而高效维持长连接
看完本文后，相信在高效维持长连接的需求下，你可以完美地解决了！（具体总结如下）
下面我将继续对Android中的其他代码规范进行深入讲解 ，有兴趣可以继续关注Carson_Ho的安卓开发笔记
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