心跳機制是在資料通訊連線中，定時傳送一個自定義結構的心跳報文，讓對端清楚自己還線上，保證連線的有效性。

如題，伺服器端在設計心跳的主要目的就是為了探測對端是否還正常線上，兩端都可以傳送心跳的報文，主要透過此方式去判斷使用者側是否線上，若不線上則對伺服器端的快取資料進行清理，即主動對使用者進行下線操作。以遊戲服務端為例做舉例：

當用戶登入某遊戲進行試玩，因為其它原因長時間掛機，沒有操作，這時伺服器端與客戶端就會互動心跳報文，證明此使用者還線上，因此會保證使用者連線狀態，但也可以設定對應時間段內若沒有任何操作進行下線處理；

當用戶登入遊戲後，因為其它原因造成主機非正常關機，沒有根據正常的操作步驟去下線，這時就會透過心跳報文來判斷主機是否正常線上，若不線上即可直接進行下線處理。

個人認為，應用層的心跳報文與TCP連線的Keep-alive機制在功能上是一樣的效果，但是TCP的的這種機制存在弊端（如：在TCP建立連線後啟用定時器，若沒到定時器設定的時間點發生中斷，那麼TCP不能及時將連線斷開），而應用層的心跳機制可以設定資料傳送的頻率，因此心跳報文的功能只是負責告訴對方我線上，而不需要進行其它功能的互動。

心跳機制主要考慮伺服器資源及時回收，要知道伺服器端併發要求是很高的，每一個TCP連結都會在伺服器端分配相應的記憶體資源，如果客戶端已經掉線，但是伺服器卻不知道，不能及時釋放資源，再進來新的連結，由於沒有足夠的記憶體資源分配，可能導致拒絕服務的問題

心跳主要目的是探活。應用於移動場合最核心的作用是：防止基站移除私有IP的NAT對映表條目。

NAT（Network Address Translation）的作用你懂的，在網際網路上，只有公網IP才能路由無阻，我們的私有IP需要路由器裝置代理：有公網IP的路由器用為我們分配一個埠，用這個埠和服務端通訊；對於服務端來說，和它建立連線的並不是我們自己的機器，而是路由器。

假如市中心有一個移動的基站，人來人往，車來車往，大家的手機進入基站區域，透過基站連線到了某些伺服器，然後短時間又離開了基站。基站NAT可用的埠有限的，最大65535（理論值）個。如果NAT對映表不清除那些短暫連入基站的條目，一旦對映表滿了，後續就無法再提供NAT服務了。

所以，基站一般設定較短的NAT失效時間（3分鐘左右），超過這個時間，如果這個埠沒有收發資料，就會移除埠，對應的TCP連線就失效了！心跳的作用剛好就可以延長NAT條目儲存的時間。

即使你使用了心跳也不能100%保證客戶端成功接收，只是說成功機率更大了而已。

為什麼？因為我們的心跳間隔一般不會太小，否則變相DOS攻擊自己的伺服器。在心跳間隔期間，連線失效，我們的推送一樣失敗。最悲傷的情況是剛心跳完，就失效了。

另外你要弱化連線的概念，網路中並不存在一條固定保持的鏈路，只是雙方主機各自為連線保持了一個埠而已。真實網路中，這個資料能不能真正路由到對方，雙方只有在收發資料的時候才能確認。所以，我們面向網際網路的伺服器，有很多的半連線存在（我們的服務認為對方還線上）！這個也是心跳存在的最大理由。而基站nat是面向移動端的最常見的問題！所以面向移動應用保持長連結，我們的心跳時間會略小於基站NAT失效時間！

心跳對資源的消耗比較大，移動端要注意為使用者省流量，省電，探活也不能太坑使用者。

心跳

很多應用層協議都有HeartBeat機制，通常是客戶端每隔一小段時間向伺服器傳送一個數據包，通知伺服器自己仍然線上，並傳輸一些可能必要的資料。使用心跳包的典型協議是IM，比如QQ/MSN/飛信等協議。

心跳包之所以叫心跳包是因為：它像心跳一樣每隔固定時間發一次，以此來告訴伺服器，這個客戶端還活著。事實上這是為了保持長連線，至於這個包的內容，是沒有什麼特別規定的，不過一般都是很小的包，或者只包含包頭的一個空包。

在TCP的機制裡面，本身是存在有心跳包的機制的，也就是TCP的選項：SO_KEEPALIVE。系統預設是設定的2小時的心跳頻率。但是它檢查不到機器斷電、網線拔出、防火牆這些斷線。而且邏輯層處理斷線可能也不是那麼好處理。一般，如果只是用於保活還是可以的。

心跳包一般來說都是在邏輯層傳送空的echo包來實現的。下一個定時器，在一定時間間隔下發送一個空包給客戶端，然後客戶端反饋一個同樣的空包回來，伺服器如果在一定時間內收不到客戶端傳送過來的反饋包，那就只有認定說掉線了。

其實，要判定掉線，只需要send或者recv一下，如果結果為零，則為掉線。但是，在長連線下，有可能很長一段時間都沒有資料往來。理論上說，這個連線是一直保持連線的，但是實際情況中，如果中間節點出現什麼故障是難以知道的。更要命的是，有的節點（防火牆）會自動把一定時間之內沒有資料互動的連線給斷掉。在這個時候，就需要我們的心跳包了，用於維持長連線，保活。

在獲知了斷線之後，伺服器邏輯可能需要做一些事情，比如斷線後的資料清理呀，重新連線呀……當然，這個自然是要由邏輯層根據需求去做了。

總的來說，心跳包主要也就是用於長連線的保活和斷線處理。一般的應用下，判定時間在30-40秒比較不錯。如果實在要求高，那就在6-9秒。