面试题：网络编程之WebSocket在游戏实时交互中的心跳机制

心跳机制的作用

检测连接状态：在实时交互场景中，网络环境复杂多变。心跳机制通过定时发送心跳消息，服务端和客户端可以知晓对方是否仍然在线，及时发现网络故障、异常断开等情况，避免双方保持无效连接，浪费资源。
维持连接活跃：一些网络设备（如防火墙、路由器）可能会自动关闭长时间没有数据传输的连接。心跳消息作为一种活跃的数据传输，可以防止此类连接被关闭，确保WebSocket连接的稳定性。
同步状态：心跳消息可以携带一些简单的状态信息，帮助服务端和客户端进行状态同步，例如玩家当前的游戏状态等。

使用Python实现WebSocket心跳机制

以Python的websockets库为例，以下是实现心跳机制的示例代码：

import asyncio
import websockets

async def heartbeat(websocket):
    while True:
        try:
            await websocket.send('ping')
            response = await asyncio.wait_for(websocket.recv(), timeout = 10)
            if response != 'pong':
                raise Exception('Invalid heartbeat response')
        except asyncio.TimeoutError:
            raise Exception('Heartbeat timeout')
        await asyncio.sleep(10)  # 每10秒发送一次心跳

async def game_handler(websocket, path):
    try:
        heartbeat_task = asyncio.create_task(heartbeat(websocket))
        while True:
            message = await websocket.recv()
            # 处理游戏相关消息
            print(f"Received game message: {message}")
    except Exception as e:
        print(f"Error: {e}")
        await websocket.close()
    finally:
        heartbeat_task.cancel()

start_server = websockets.serve(game_handler, "localhost", 8765)

asyncio.get_event_loop().run_until_complete(start_server)
asyncio.get_event_loop().run_forever()

在上述代码中：

heartbeat函数负责定时发送ping消息，并等待pong响应。如果在10秒内没有收到正确的pong响应，则抛出异常。
game_handler函数负责处理WebSocket连接，启动心跳任务，并处理接收到的游戏相关消息。当出现异常时，关闭WebSocket连接并取消心跳任务。
websockets.serve启动WebSocket服务，监听在localhost:8765。

使用Java实现WebSocket心跳机制

以Java的javax.websocket为例，结合Servlet容器（如Tomcat），以下是实现心跳机制的示例代码：

import javax.websocket.*;
import javax.websocket.server.ServerEndpoint;
import java.io.IOException;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

@ServerEndpoint("/game")
public class GameWebSocket {
    private static final ScheduledExecutorService scheduler = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();
    private Session session;

    @OnOpen
    public void onOpen(Session session) {
        this.session = session;
        startHeartbeat();
    }

    private void startHeartbeat() {
        scheduler.scheduleAtFixedRate(() -> {
            try {
                session.getBasicRemote().sendText("ping");
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
                closeConnection();
            }
        }, 0, 10, TimeUnit.SECONDS);
    }

    @OnMessage
    public void onMessage(String message, Session session) {
        if ("pong".equals(message)) {
            // 接收到正确的心跳响应
        } else {
            // 处理游戏相关消息
            System.out.println("Received game message: " + message);
        }
    }

    @OnClose
    public void onClose() {
        scheduler.shutdown();
    }

    private void closeConnection() {
        try {
            if (session != null) {
                session.close();
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

在上述代码中：

@ServerEndpoint("/game")注解定义了WebSocket的端点路径。
onOpen方法在连接建立时被调用，启动心跳任务。
startHeartbeat方法使用ScheduledExecutorService定时发送ping消息。
onMessage方法处理接收到的消息，如果是pong则表示心跳响应正常，否则处理游戏相关消息。
onClose方法在连接关闭时停止心跳任务。

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面试题：网络编程之WebSocket在游戏实时交互中的心跳机制

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面试题答案

心跳机制的作用

使用Python实现WebSocket心跳机制

使用Java实现WebSocket心跳机制