一、CS模型中如何相互知曉狀態
爲什麼需要心跳包？
在傳統的CS模型中，客戶端與服務端相互發送消息的過程中，是需要知道相互之間的狀態的，因爲客戶端隨時可能給服務端發送消息。在聊天過程中，是不可能客戶端隨時給服務端發送消息，真實情況是服務端收到某個客戶端的消息之後推送過來。在這個過程中，服務器需要知道客戶端是否可用的。
服務端要想知道客戶端是否可用，最大的問題在於可能客戶端異常地斷開了，但是服務器沒有收到斷開的這個情況，所以服務器沒有釋放這個socket，它認爲還連接着，此時，他會向該客戶端發送消息，而在發送消息之後會發生異常。其實該過程是一個浪費的，因爲服務端已準備好數據準備發送，但是發送的時候才失敗，現在重新進行一個重連，重新創建數據包，這是一個非常浪費的過程。這是我們需要心跳包的原因。
二、從TCP理論來說不需要心跳包-客戶端服務器直連
如果將客戶端與服務端同時部署在自己的電腦上，兩個進程之間通過socket相互傳遞消息的時候，這時候是不需要心跳包來維持的。只要進程不斷開，隨時可用發送和接收數據。
需要心跳包的情況：
--程序崩潰、防火牆
--網絡運營商（ISP) --> NAT路由器（映射狀態表）
程序崩潰的時候，可能會觸發服務端沒有收到程序崩潰的情況，服務端也不知道需要釋放客戶端的資源。
計算機與計算機之間相互是有防火牆的，而這個防火牆隨時可以做到一個策略，隨時可以斷開socket連接，而斷開的時候可能不會進行四次揮手，服務端或者客戶端沒有收到連接斷開的消息，此時會認爲連接還可用，隨時還想發送數據，發送的時候才知道連接不可用。
引起網絡斷開的大頭是網絡運營商ISP,它在傳輸數據的過程中有一個東西叫NAT路由器。路由器的主要作用是將客戶端所有的狀態通過NAT路由器進行映射，然後再通過映射的端口進行連接服務器，這個過程中存在一個映射表過期的情況，一旦映射表過期了，就是數據不能通過NAT路由器進行轉發了，所以數據最終發送的時候會出現無法發送的情況，此時socket連接也是連接異常的狀態。此時，socket連接是接收不到斷開連接的消息的。
三、NAT路由器的原理
ISP是網絡運營商，它有一個非常大型的路由器，這個大型路由器組建了一個大型局域網，大型局域網連接了所有的電腦、手機、打印機等所有可以聯網的設備，甚至也可以是路由器。家裏的路由器就是連接到了網絡運營商的大型路由器上。每個電腦都被分配了局域網的某個ip地址，以及通信都是連接到路由器上面的。這樣的情況下，比如電腦的ip 192.168.0.101其實是局域網的ip地址，它僅僅只是在路由器上掛了一個號，用於說明它是路由器下面的哪個子的電腦。
路由器有一個對外的公共的ip地址 82.10.250.19，服務器也是一個外網地址，兩個外網地址之間是可以直接進行連接的。連接之後所有的信息都是通過路由器進行傳輸的，也就是說對服務器而言，所有的電腦設備都是被屏蔽的，它只知道有一個大的客戶端向它進行了連接，這個大的客戶端就是82.10.250.19。
四、電腦與服務器之間的連接
電腦通過局域網連接路由器，這個路由器有一個全局對外的ip地址82.10.250.19，然後通過網絡運營商連接到server服務器。Server的ip地址一定是公網的ip地址纔可以連接到。如果服務端是局域網的ip地址的話，對於NAT路由器來說是無法訪問到的，它必須連接到對外的公共的ip地址。
五、NAT路由器的映射表
1、
對於某個客戶端而言，只要客戶端的ip地址沒變，同時客戶端對外的端口沒變，那麼NAT路由器對外公佈的往其它Server連接的ip和地址將不會改變。也就是說，一個客戶端通過NAT路由器之後，如果此時NAT路由器是一個80端口，那麼它連接到server1的時候使用的是80端口去連接，連接到server2的時候也是使用80端口去連接。只要客戶端的ip地址和端口不變，那麼它就將是這樣一個結構。
這樣的結構是一個一對多的結構，對於NAT路由器而言，它是一個一對多的（多個服務端）。
這樣的結構安全性是比較低的，因爲只要客戶端的ip地址和端口不變，那麼NAT路由器的ip地址和端口就不變，那麼Server1、Server2只要連接過一次客戶端，那麼它就可以反向連接客戶端。也就是說，可以通過client連接server1，也可以通過server2來主動反向連接client，這是一個雙向的方式。這樣的方式，數據傳輸快，但是安全性較低。
2、
客戶端ip和端口不變，但是連接的server端是變化的，那麼它對外的端口就是不同的。server1只能通過上面的端口來收發數據，Server2也只能通過下面的端口來收發數據。如果Server2想通過Server1的端口來反向連接客戶端，是不會成功的。因此，它的安全性相對來說比較高。
六、NAT超時時間
如果移動在3G/2G網絡下，如果數據在5分鐘之內不進行任何的數據收發，那麼，NAT內部維持的映射表將會自動被刪除掉。所以，必須在5分鐘之內進行一次數據的收發，確保維持這個映射表。其它依次類推。
七、心跳包的作用
客戶端與服務器之間相互告知狀態
通過定時發送信息，讓中間的運營商的NAT路由表得以維持；避免路由表過期帶來的異常中斷
由於其約定性、定時性所以稱爲心跳包
八、心跳策略選擇
1、
TCP : KeepAlive 7200 2H ACK(每間隔7200s發送一次，2小時發送一次，發送之後會有ACK的回送包，從而達到確認連接活躍性的目的)
TCP : KeepAlive僅代表連接得以保持，而不代表對方的業務層是否可以消費數據
（當兩個socket連接之後，當一個socket給另一個socket發送一個keepalive連接消息的時候，這個數據包僅僅只在TCP的傳輸層就被消費掉了，然後回送一個ack的回送包，但是這個消息並不會上升到業務層。這樣的機制可以確保對上層的無感知性，但同時不能保證業務層已經崩潰了。業務層可能由於某些原因導致死鎖或者宕機，而底層的socket連接還是暢通的，這種情況下整個系統是癱瘓的，但是通過KeepAlive進行連接，此時得到的狀態是正常的。這種情況是不對的，應該得到系統的準確狀態，同時，由於每隔2個小時發送一次，此時運營商NAT的連接早已中斷了，這個連接一般而言發送這個KeepAlive消息的時候收到的是已經錯誤中斷的消息）
HTTP : Keep-Alive 意圖在於連接複用，同一個連接上串行方式傳遞請求-響應數據
2、
這個數據包只能發送一個字節，傳遞的是一個int值，取的是低八位。
另一個客戶端可以通過SO_OOBINLINE來設置是否感知業務層。但是如果要感知業務層，需要把它往業務層拋去 ，業務層收到這個數據之後，由於它的區間是在0~255之間，跟整個業務層的衝撞是非常非常大的，從而導致整個業務層的邏輯進行調整，這是非常危險的，一般不這樣處理。
但是也可以不往業務層拋，僅僅用來確認連接是否可靠，此時，比前面的KeepAlive更加優秀。
九、心跳數據包
十、
