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以BSD系統(tǒng)為例。
首先，一個(gè)TCP/UDP連接(Connection)的id，就是由下面五個(gè)值組成元組。

{<protocol>, <src addr>, <src port>, <dest addr>, <dest port>}

任何合法的五個(gè)值的組合都可以定義一個(gè)連接，同時(shí)，沒(méi)有任何兩個(gè)連接具有完全相同的元組。

第一個(gè)值protocol是在socket()設(shè)定的，src addr和src port是在bind()的時(shí)候設(shè)定的，dest addr和dest port是在connect()的時(shí)候設(shè)定的。雖然UDP是一個(gè)無(wú)連接協(xié)議，并不需要connect()，但是在第一次發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候，UDP connection還是被系統(tǒng)非顯式地綁定到了dest addr / port上。

當(dāng)綁定ip的時(shí)候，可以通過(guò)綁定到0.0.0.0: port來(lái)綁定到所有本地網(wǎng)絡(luò)地址的對(duì)應(yīng)端口上，也可以綁定到192.168.0.100: port來(lái)綁定到特定本地網(wǎng)絡(luò)地址(回環(huán))的特定端口。

在默認(rèn)設(shè)置下，沒(méi)有socket能夠綁定到同一地址的同一端口。比如在Socket A已經(jīng)綁定了0.0.0.0:8000以后，Socket B若是想要綁定192.168.0.100:8000，那就會(huì)報(bào)EADDRINUSE。因?yàn)?strong>Socket A已經(jīng)綁定了所有ip地址的8000端口，包括192.168.0.100:8000。

SO_REUSEADDR

作用一

在為Socket B設(shè)置了SO_REUSEADDR以后，判斷沖突的方式就變了。只要地址不是正好(exactly)相同，那么多個(gè)Socket就能綁定到同一ip上。比如0.0.0.0和192.168.0.100，雖然邏輯意義上前者包含了后者，但是0.0.0.0泛指所有本地ip，而192.168.0.100特指某一ip，兩者并不是完全相同，所以Socket B嘗試綁定的時(shí)候，不會(huì)再報(bào)EADDRINUSE，而是綁定成功。
下面是測(cè)試不同設(shè)置下的綁定情況:

可以看到，如果想綁定addr字符串完全相同的ip，那么無(wú)論SO_REUSEADDR設(shè)置與否，都會(huì)報(bào)地址已使用。但是在設(shè)置了SO_REUSEADDR以后，就可以同時(shí)綁定0.0.0.0和192.168.1.0兩個(gè)地址了。

作用二

SO_REUSEADDR的另一個(gè)作用是，可以綁定TIME_WAIT狀態(tài)的地址。

TCP Socket的send()是一個(gè)異步調(diào)用，當(dāng)數(shù)據(jù)送入socket send buffer以后就會(huì)返回。也就是說(shuō)，在send()返回以后，數(shù)據(jù)仍然需要經(jīng)歷漫長(zhǎng)的tcp擁塞控制沖突避免等過(guò)程，才能被成功發(fā)送。在沒(méi)有TIME_WAIT狀態(tài)的前提下，假如這個(gè)時(shí)候上層程序判斷通信完成，關(guān)閉了socket，那么緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)就會(huì)丟失。所以TIME_WAIT這個(gè)狀態(tài)就被用來(lái)保證，socket能夠續(xù)命到buffer中的數(shù)據(jù)能夠全部發(fā)送完成或者超時(shí)。

TIME_WAIT的時(shí)間，也就是超時(shí)的時(shí)間取決于一個(gè)配置項(xiàng)Linger Time。在大多數(shù)系統(tǒng)中，他是非常長(zhǎng)的2分鐘。這意味著兩分鐘內(nèi)，socket對(duì)應(yīng)的地址端口是被占用的，無(wú)法重新綁定。

一個(gè)非?，F(xiàn)實(shí)的問(wèn)題是，假如一個(gè)systemd托管的service異常退出了，留下了TIME_WAIT狀態(tài)的socket，那么systemd將會(huì)嘗試重啟這個(gè)service。但是因?yàn)槎丝诒徽加?，?huì)導(dǎo)致啟動(dòng)失敗，造成兩分鐘的服務(wù)空檔期，systemd也可能在這期間放棄重啟服務(wù)。

但是在設(shè)置了SO_REUSEADDR以后，處于TIME_WAIT狀態(tài)的地址也可以被綁定，就杜絕了這個(gè)問(wèn)題。因?yàn)?code>TIME_WAIT其實(shí)本身就是半死狀態(tài)，雖然這樣重用TIME_WAIT可能會(huì)造成不可預(yù)料的副作用，但是在現(xiàn)實(shí)中問(wèn)題很少發(fā)生，所以也忽略了它的副作用。

另外，上文中所有SO_REUSEADDR的生效，只需要在后綁定的socket中設(shè)置SO_REUSEADDR即可，并沒(méi)有強(qiáng)制要求以前綁定的socket也設(shè)置這一個(gè)選項(xiàng)才能完成共享。

SO_REUSEPORT

SO_REUSEPORT干的其實(shí)是大眾期望SO_REUSEADDR能夠干的事，將多個(gè)socket綁定到同一ip和端口。并且它要求所有綁定同一ip/port的socket都設(shè)置了SO_REUSEPORT。不過(guò)可能有的操作系統(tǒng)并沒(méi)有這個(gè)option。

Connect() 返回 EADDRINUSE 問(wèn)題

在默認(rèn)情況下，一般在bind()時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)EADDRINUSE問(wèn)題，connect()時(shí)因?yàn)?code>src ip和src port已經(jīng)不同，不可能報(bào)EADDRINUSE。但是在SO_REUSEADDR和SO_REUSEPORT下，因?yàn)榈刂酚兄赜茫敲串?dāng)重用的地址端口嘗試連接同一個(gè)遠(yuǎn)端主機(jī)的同一端口時(shí)，就會(huì)報(bào)EADDRINUSE。

比如本機(jī)只有兩個(gè)地址，127.0.0.1和192.168.0.1，其中后者是可訪問(wèn)因特網(wǎng)的網(wǎng)卡的地址。在SO_REUSEADDR下，并且Socket A綁定了Socket A0.0.0.0:8000, Socket B綁定了192.168.0.1:8000以后，Socket A發(fā)起了與遠(yuǎn)端主機(jī)111.13.101.208:80的連接。此時(shí)根據(jù)路由表規(guī)則，連接將被綁定到192.168.0.1，產(chǎn)生的連接ID為{<SOCK_STREAM>, <192.168.0.1>, <8000>, <111.13.101.208>, <80>}，Socket A連接成功。但是如果Socket B也想嘗試發(fā)起與遠(yuǎn)端主機(jī)111.13.101.208:80的連接，就會(huì)產(chǎn)生一樣的連接ID，所以報(bào)了EADDRINUSE。

操作系統(tǒng)的區(qū)別

BSD/mac os

沒(méi)區(qū)別

Linux

Linux < 3.9

在Linux 3.9之前，只存在SO_REUSEADDR配置項(xiàng)。他的主要邏輯與BSD相同，但是存在兩個(gè)意外:

1. Linux在綁定端口上比BSD更加嚴(yán)格，類似于BSD那種同時(shí)綁定通配地址和特定地址的行為，在linux中不被允許。比如在Linux中已經(jīng)綁定了192.168.0.100:8000，那么即使設(shè)置了SO_REUSEADDR，也將無(wú)法繼續(xù)綁定0.0.0.0:8000。

2. 另一個(gè)區(qū)別是，在Linux的client socket(也就是不需要顯式綁定端口，不需要listen的socket)，如果設(shè)置了SO_REUSEADDR，那么它的作用與BSD中的SO_REUSEPORT完全相同。即Linux允許多個(gè)client socket綁定到同一ip的同一端口。這是為了應(yīng)對(duì)需要綁定多個(gè)socket到udp地址端口以處理不同的protocol的場(chǎng)景。

Linux >= 3.9

Linux 3.9及之后的版本都添加了SO_REUSEPORT選項(xiàng)，它的工作原理與BSD基本相同，但是依舊多了兩個(gè)限制:

1. 為了防止端口挾持，只用屬于同一有效uid的進(jìn)程可以通過(guò)設(shè)置選項(xiàng)來(lái)共享ip及端口。

2. 對(duì)共享端口的UDP socket而言，內(nèi)核均勻地分發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)給每一個(gè)socket。而對(duì)共享端口的TCP socket而言，內(nèi)核將均勻地分發(fā)連接請(qǐng)求（也就是accept()階段）。這個(gè)特性可以用來(lái)作為樸素的負(fù)載均衡。

Windows

Windows中沒(méi)有SO_REUSEPORT選項(xiàng)，SO_REUSEADDR承擔(dān)了SO_REUSEPORT的功能。另外，設(shè)置了SO_REUSEADDR的socket總是能綁定到一個(gè)已經(jīng)被占用的ip端口上，即使先來(lái)的socket沒(méi)有設(shè)置SO_REUSEADDR。這是很強(qiáng)的安全風(fēng)險(xiǎn)，所以微軟后來(lái)新加了一個(gè)SO_EXCLUSIVEADDRUS的選項(xiàng)來(lái)讓程序顯式地綁定到ip端口上，這樣其他socket即使設(shè)置了SO_REUSEPORT也無(wú)法重用此端口。
Windows提供了詳細(xì)的介紹，詳見Using SO_REUSEADDR and SO_EXCLUSIVEADDRUSE。