面试题：Node.js 实现 TCP 长连接时的心跳机制设计

Question

假设你要在 Node.js 项目里基于 TCP 实现一个长连接，设计一个合理的心跳机制来维持连接的有效性。请描述心跳包的发送频率如何确定、心跳处理函数的逻辑以及如何处理心跳超时情况。

Answer 1

心跳包发送频率的确定

1. 考虑网络状况：如果是在稳定的局域网环境中，心跳包发送频率可以相对较低，例如每 30 秒一次。因为局域网网络质量好，较少出现网络波动导致连接中断的情况。而在广域网或网络状况不稳定的环境下，如移动网络，可能需要提高频率，比如每 10 秒发送一次，以便更及时地检测连接状态。
2. 业务需求：如果业务对实时性要求极高，即使短暂的连接中断都不允许，那么心跳频率应适当提高，确保能快速发现并恢复连接。相反，如果业务允许一定时间内的连接中断，频率可以适当降低，减少网络开销。

心跳处理函数的逻辑

1. 发送心跳包：

   const net = require('net');
   const client = new net.Socket();
   const HEARTBEAT_INTERVAL = 10000; // 10 秒发送一次心跳包
   let heartbeatInterval;
   
   function sendHeartbeat() {
       const heartbeatMessage = 'HEARTBEAT';
       client.write(heartbeatMessage);
   }
   
   function startHeartbeat() {
       heartbeatInterval = setInterval(sendHeartbeat, HEARTBEAT_INTERVAL);
   }
   

2. 接收心跳响应：

   client.on('data', (data) => {
       const message = data.toString().trim();
       if (message === 'HEARTBEAT_RESPONSE') {
           // 接收到心跳响应，说明连接正常，可重置心跳超时定时器等相关操作
           console.log('Received heartbeat response, connection is alive.');
       }
   });
   

处理心跳超时情况

1. 设置超时定时器： 在发送心跳包后，启动一个超时定时器。例如，如果心跳包发送频率是 10 秒，那么超时时间可以设置为 30 秒（即连续 3 次未收到心跳响应）。

   let heartbeatTimeout;
   function sendHeartbeat() {
       const heartbeatMessage = 'HEARTBEAT';
       client.write(heartbeatMessage);
       clearTimeout(heartbeatTimeout);
       heartbeatTimeout = setTimeout(() => {
           console.log('Heartbeat timeout, connection may be lost.');
           // 尝试重新连接
           client.end();
           client.connect({ port: 8080, host: '127.0.0.1' }, () => {
               console.log('Reconnected successfully.');
               startHeartbeat();
           });
       }, 30000);
   }
   

2. 连接恢复后操作：当重新连接成功后，重新启动心跳机制，继续维持连接的有效性。如上述代码中重新连接成功后调用 startHeartbeat() 函数。