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
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：
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：
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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