河北解放
“我是喲喲吼說科技，專注於數據網絡的回答，歡迎大家與我交流數據網絡的問題”
心跳機制是在數據通信連接中，定時發送一個自定義結構的心跳報文，讓對端清楚自己還在線，保證連接的有效性。
如題，服務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在線，兩端都可以發送心跳的報文，主要通過此方式去判斷用戶側是否在線，若不在線則對服務器端的緩存數據進行清理，即主動對用戶進行下線操作。以遊戲服務端為例做舉例：
當用戶登錄某遊戲進行試玩，因為其它原因長時間掛機，沒有操作，這時服務器端與客戶端就會交互心跳報文，證明此用戶還在線，因此會保證用戶連接狀態，但也可以設置對應時間段內若沒有任何操作進行下線處理；
當用戶登錄遊戲後，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，這時就會通過心跳報文來判斷主機是否正常在線，若不在線即可直接進行下線處理。
個人認為，應用層的心跳報文與TCP連接的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建立連接後啟用定時器，若沒到定時器設置的時間點發生中斷，那麼TCP不能及時將連接斷開），而應用層的心跳機制可以設置數據發送的頻率，因此心跳報文的功能只是負責告訴對方我在線，而不需要進行其它功能的交互。
歡迎大家多多關注我，在下方評論區說出自己的見解。
喲喲吼說科技
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映射表條目。
原因
NAT（Network Address Translation）的作用你懂的，在互聯網上，只有公網IP才能路由無阻，我們的私有IP需要路由器設備代理：有公網IP的路由器用為我們分配一個端口，用這個端口和服務端通信；對於服務端來說，和它建立連接的並不是我們自己的機器，而是路由器。
路由器我們可以暫時不討論，這個NAT失效的概率很小。我們來看看基站。
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，通過基站連接到了某些服務器，然後短時間又離開了基站。基站NAT可用的端口有限的，最大65535（理論值）個。如果NAT映射表不清除那些短暫連入基站的條目，一旦映射表滿了，後續就無法再提供NAT服務了。
所以，基站一般設置較短的NAT失效時間（3分鐘左右），超過這個時間，如果這個端口沒有收發數據，就會移除端口，對應的TCP連接就失效了！心跳的作用剛好就可以延長NAT條目保存的時間。
還有問題
即使你使用了心跳也不能100%保證客戶端成功接收，只是說成功概率更大了而已。
為什麼？因為我們的心跳間隔一般不會太小，否則變相DOS攻擊自己的服務器。在心跳間隔期間，連接失效，我們的推送一樣失敗。最悲傷的情況是剛心跳完，就失效了。
另外你要弱化連接的概念，網絡中並不存在一條固定保持的鏈路，只是雙方主機各自為連接保持了一個端口而已。真實網絡中，這個數據能不能真正路由到對方，雙方只有在收發數據的時候才能確認。所以，我們面向互聯網的服務器，有很多的半連接存在（我們的服務認為對方還在線）！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鏈接，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，移動端要注意為用戶省流量，省電，探活也不能太坑用戶。
遷徙de麻雀
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服務器發送一個數據包，通知服務器自己仍然在線，並傳輸一些可能必要的數據。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，以此來告訴服務器，這個客戶端還活著。事實上這是為了保持長連接，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。系統默認是設置的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發送空的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，服務器如果在一定時間內收不到客戶端發送過來的反饋包，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，在長連接下，有可能很長一段時間都沒有數據往來。理論上說，這個連接是一直保持連接的，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數據交互的連接給斷掉。在這個時候，就需要我們的心跳包了，用於維持長連接，保活。
在獲知了斷線之後，服務器邏輯可能需要做一些事情，比如斷線後的數據清理呀，重新連接呀……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接的保活和斷線處理。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。
IT老記者
心跳機制主要考慮服務器資源及時回收，要知道服務器端併發要求是很高的，每一個TCP鏈接都會在服務器端分配相應的內存資源，如果客戶端已經掉線，但是服務器卻不知道，不能及時釋放資源，再進來新的鏈接，由於沒有足夠的內存資源分配，可能導致拒絕服務的問題
