面试题：Node.js TCP 服务器的连接管理与异常处理

Question

在 Node.js 创建的 TCP 服务器中，如何优雅地管理多个客户端连接，包括连接的建立、保持和断开？同时，针对可能出现的网络异常（如网络闪断、连接超时等），应如何设计健壮的异常处理机制？

Answer 1

1. 连接的建立
   • 在 Node.js 中创建 TCP 服务器，可以使用 net 模块。以下是基本示例：

   const net = require('net');
   const server = net.createServer((socket) => {
     // 新连接建立时的处理逻辑
     console.log('新客户端连接');
     socket.write('欢迎连接到服务器！\n');
   });
   server.listen(8080, () => {
     console.log('服务器已启动，监听端口 8080');
   });
   

   • 可以通过 server.on('connection', (socket) => {}) 来监听新连接事件，在回调函数中处理每个新连接。例如，可以为每个连接分配一个唯一标识，方便后续管理。

   let connectionId = 0;
   server.on('connection', (socket) => {
     const id = connectionId++;
     console.log(`新客户端连接，ID: ${id}`);
     socket.id = id;
   });
   

2. 连接的保持
   • 心跳机制：
     • 服务器和客户端之间定期发送心跳包。例如，服务器端可以这样实现：

     const net = require('net');
     const server = net.createServer((socket) => {
       const heartbeatInterval = setInterval(() => {
         if (socket.writable) {
           socket.write('心跳包\n');
         }
       }, 10000);
       socket.on('close', () => {
         clearInterval(heartbeatInterval);
       });
     });
     server.listen(8080, () => {
       console.log('服务器已启动，监听端口 8080');
     });
     

     • 客户端收到心跳包后回复，以保持连接活跃。如果服务器一段时间内没有收到客户端的回复，可以判定连接可能已断开。
   • 优化资源使用：合理设置 socket 的 keepAlive 选项。在服务器端创建 socket 时，可以这样设置：

   const net = require('net');
   const server = net.createServer((socket) => {
     socket.setKeepAlive(true, 10000); // 10 秒后发送 TCP keep - alive 包
   });
   server.listen(8080, () => {
     console.log('服务器已启动，监听端口 8080');
   });
   

3. 连接的断开
   • 监听 socket 的 close 事件来处理连接断开。例如：

   const net = require('net');
   const server = net.createServer((socket) => {
     socket.on('close', () => {
       console.log('客户端连接已断开');
     });
   });
   server.listen(8080, () => {
     console.log('服务器已启动，监听端口 8080');
   });
   

   • 也可以通过 socket.destroy() 方法主动断开连接，比如在某些特定业务逻辑下，如检测到恶意行为等。
4. 网络异常处理机制
   • 网络闪断：
     • 在 socket 上监听 error 事件。当网络闪断时，error 事件会触发。例如：

     const net = require('net');
     const server = net.createServer((socket) => {
       socket.on('error', (err) => {
         console.log('网络异常:', err.message);
         if (err.code === 'ECONNRESET') {
           // 连接被重置，可能是网络闪断等原因
           console.log('连接被重置，尝试重新连接（模拟客户端行为）');
           // 这里可以实现一些重连逻辑，如果是服务器端对外部服务的连接
         }
       });
     });
     server.listen(8080, () => {
       console.log('服务器已启动，监听端口 8080');
     });
     

   • 连接超时：
     • 使用 socket.setTimeout(timeout) 方法设置连接超时时间。例如，设置 30 秒超时：

     const net = require('net');
     const server = net.createServer((socket) => {
       socket.setTimeout(30000);
       socket.on('timeout', () => {
         console.log('连接超时，关闭连接');
         socket.end();
       });
     });
     server.listen(8080, () => {
       console.log('服务器已启动，监听端口 8080');
     });
     

通过上述方法，可以较为优雅地管理 Node.js TCP 服务器中的多个客户端连接，并设计健壮的异常处理机制。