前言
??使用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議時(shí)，一般都是基于Socket的API進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編程。應(yīng)用程序通過Socket接口和內(nèi)核交互，內(nèi)核維護(hù)TCP/IP協(xié)議的具體通信過程。那么Socket的API具體是如何和TCP/IP協(xié)議棧對(duì)應(yīng)呢？
連接
??建立連接相關(guān)的API有connect，listen，accept。服務(wù)端使用listen，accept等待連接，客戶端使用connect進(jìn)行連接。
??當(dāng)服務(wù)端調(diào)用listen后，會(huì)向系統(tǒng)內(nèi)核注冊Syn隊(duì)列和Accept隊(duì)列，接下來調(diào)用accept后會(huì)監(jiān)聽Accept隊(duì)列。此時(shí)如果客戶端調(diào)用connect向服務(wù)端發(fā)出連接請(qǐng)求，就會(huì)發(fā)生傳說中大名鼎鼎的三次握手過程。
- 客戶端內(nèi)核向服務(wù)端內(nèi)核發(fā)出SYN網(wǎng)絡(luò)包；
- 服務(wù)端內(nèi)核在Syn隊(duì)列插入一個(gè)節(jié)點(diǎn)，并且向客戶端內(nèi)核發(fā)送SYN+ACK網(wǎng)絡(luò)包；
- 客戶端內(nèi)核發(fā)送ACK網(wǎng)絡(luò)包，此時(shí)客戶端的connect調(diào)用結(jié)束并返回，服務(wù)端內(nèi)核如果收到這個(gè)ACK網(wǎng)絡(luò)包，會(huì)從Syn隊(duì)列中刪除節(jié)點(diǎn)并在Accept隊(duì)列中增加節(jié)點(diǎn)，此時(shí)服務(wù)端的accept調(diào)用就會(huì)監(jiān)聽到Accept隊(duì)列的節(jié)點(diǎn)，并且返回。
??斷開連接的API主要就是close方法。當(dāng)任意一方調(diào)用close方法時(shí)，就會(huì)發(fā)生傳說中的四次揮手過程。當(dāng)一方調(diào)用close時(shí)，對(duì)方就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)讀事件，當(dāng)讀到的數(shù)據(jù)是0時(shí)，就知道對(duì)方關(guān)閉了連接。
- 主動(dòng)關(guān)閉方發(fā)送FIN包，然后進(jìn)入FIN_WAIT_1狀態(tài)；
- 被動(dòng)方收到FIN包以后，發(fā)送確認(rèn)的ACK包，進(jìn)入CLOSE_WAIT狀態(tài)，主動(dòng)斷開方狀態(tài)變成FIN_WAIT_2狀態(tài)；
- 被動(dòng)方發(fā)送FIN包表示本方斷開連接，狀態(tài)變成LAST_ACK狀態(tài)；
- 主動(dòng)關(guān)閉方接收到FIN包以后，發(fā)送ACK包確認(rèn)，狀態(tài)進(jìn)入TIME_WAIT狀態(tài)，被動(dòng)關(guān)閉方變成CLOSED狀態(tài)。
發(fā)送和接收
??通信過程使用send和recv方法。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)使用send方法，send會(huì)將應(yīng)用需要發(fā)送的數(shù)據(jù)拷貝到內(nèi)核的發(fā)送緩沖區(qū)；接受數(shù)據(jù)時(shí)使用recv方法，recv會(huì)從內(nèi)核緩沖區(qū)拷貝數(shù)據(jù)到應(yīng)用進(jìn)行處理。
??在阻塞模式下調(diào)用send時(shí)，如果send的數(shù)量小于緩沖區(qū)的大小，會(huì)將應(yīng)用數(shù)據(jù)拷貝到內(nèi)核以后立即返回，如果send的數(shù)量大于緩沖區(qū)的大小，應(yīng)用會(huì)等待內(nèi)核將一部分?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)送成功清除緩沖區(qū)再拷貝，直到所有的數(shù)據(jù)都拷貝到內(nèi)核以后才返回。
??在非阻塞模式下調(diào)用send時(shí)，無論發(fā)送的數(shù)據(jù)是否大于內(nèi)核的緩沖區(qū)，都會(huì)立即返回，返回的是成功拷貝的數(shù)據(jù)的數(shù)量。
??無論什么情況，應(yīng)用程序發(fā)送數(shù)據(jù)都只會(huì)將數(shù)據(jù)拷貝到內(nèi)核的緩沖區(qū)，并不表示服務(wù)端成功接收了數(shù)據(jù)。
??在阻塞模式下調(diào)用recv時(shí)，如果內(nèi)核緩沖區(qū)沒有數(shù)據(jù)，會(huì)一直等待，直到讀取到數(shù)據(jù)。
??在非阻塞模式下調(diào)用recv時(shí)，如果內(nèi)核緩沖區(qū)沒有數(shù)據(jù)，會(huì)立即返回。
超時(shí)
- 建立連接超時(shí)
??客戶端應(yīng)用在調(diào)用connect以后，內(nèi)核在發(fā)送SYN以后，在指定的超時(shí)時(shí)間內(nèi)沒有收到服務(wù)端返回的ACK網(wǎng)絡(luò)包。 - 讀數(shù)據(jù)超時(shí)
??客戶端應(yīng)用在調(diào)用recv以后，在指定的超時(shí)時(shí)間內(nèi)沒有收到服務(wù)端返回的數(shù)據(jù)。 - 寫數(shù)據(jù)超時(shí)
??客戶端內(nèi)核在發(fā)送外數(shù)據(jù)以后，由于網(wǎng)絡(luò)問題或者其它原因，導(dǎo)致服務(wù)端以后沒有返回確認(rèn)信息，此時(shí)系統(tǒng)內(nèi)核在重試多次以后關(guān)閉這個(gè)連接。此時(shí)如果客戶端應(yīng)用繼續(xù)調(diào)用send寫數(shù)據(jù)，就會(huì)產(chǎn)生異常。
經(jīng)典問題
關(guān)閉連接
??如果CLOSE_WAIT狀態(tài)大量堆積，說明被動(dòng)關(guān)閉方忘記調(diào)用close，此時(shí)被動(dòng)關(guān)閉方一直處于CLOSE_WAIT狀態(tài)，久而久之服務(wù)器端的連接句柄就會(huì)被耗盡。當(dāng)然客戶端并不會(huì)一直處在FIN_WAIT_2狀態(tài)，過一段時(shí)間以后，會(huì)自動(dòng)跳到下一個(gè)狀態(tài)。
??如果TIME_WAIT狀態(tài)大量堆積，這種情況一般屬于正?，F(xiàn)象，主動(dòng)關(guān)閉方在收到被動(dòng)關(guān)閉方的close請(qǐng)求以后，會(huì)進(jìn)入TIME_WAIT狀態(tài)，并保持一定的時(shí)間。這是為了確保被動(dòng)關(guān)閉方?jīng)]有收到主動(dòng)關(guān)閉方發(fā)出的ACK包，此時(shí)被動(dòng)關(guān)閉方再次發(fā)送FIN時(shí)，在這段時(shí)間內(nèi)主動(dòng)關(guān)閉方可以再次返回ACK包確認(rèn)。一般如果某臺(tái)機(jī)器短時(shí)間發(fā)出了大量的短連接請(qǐng)求（比如HTTP請(qǐng)求），就會(huì)出現(xiàn)很多的TIME_WAIT狀態(tài)。一般來說，如果出現(xiàn)大量的TIME_WAIT狀態(tài)，服務(wù)器會(huì)配置成處于TIME_WAIT狀態(tài)的可復(fù)用。為什么握手只需要三次，揮手卻需要四次？
??客戶端在和服務(wù)端建立連接時(shí)，服務(wù)端應(yīng)答以后肯定也需要和客戶端建立連接，所以可以把ACK和SYN包一起發(fā)送。但是斷開連接時(shí)，被動(dòng)斷開的一方并不一定需要馬上斷開，可能還需要繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，所以此刻需要先發(fā)送ACK包確認(rèn)收到主動(dòng)斷開連接方的FIN包，然后在需要的時(shí)候發(fā)送FIN包表示本方也要斷開連接了。RST包
??主動(dòng)關(guān)閉方發(fā)出的ACK如果被動(dòng)關(guān)閉方?jīng)]有收到，被動(dòng)關(guān)閉方再次發(fā)送FIN時(shí)，如果主動(dòng)關(guān)閉方在TIME_WAIT狀態(tài)下，會(huì)再次發(fā)送ACK包；否者就會(huì)發(fā)出一個(gè)RST包。
??服務(wù)器返回了“RST”時(shí)，如果此時(shí)客戶端正在從Socket套接字的輸出流中讀數(shù)據(jù)則會(huì)提示Connection reset”；服務(wù)器返回了“RST”時(shí)，如果此時(shí)客戶端正在往Socket套接字的輸入流中寫數(shù)據(jù)則會(huì)提示“Connection reset by peer”。
??使用SO_LINGER時(shí)，主動(dòng)關(guān)閉方可以直接關(guān)閉連接，避免關(guān)閉過程中的狀態(tài)過度。服務(wù)端掛了，客戶端還存在連接嗎？
??如果服務(wù)端是進(jìn)程掛了，系統(tǒng)會(huì)發(fā)送關(guān)閉報(bào)文，這種情況下客戶端連接會(huì)關(guān)閉。
??如果服務(wù)端是系統(tǒng)直接掛了，沒來的及發(fā)送關(guān)閉報(bào)文。
????1. 如果設(shè)置了keepalive，相當(dāng)于雙方會(huì)有心跳包，等到超時(shí)以后，客戶端就會(huì)關(guān)閉連接。
????2. 如果沒有設(shè)置keepalive，客戶端的請(qǐng)求會(huì)一直存在，直到客戶端下次發(fā)送信息時(shí)才能發(fā)現(xiàn)服務(wù)端已經(jīng)無法響應(yīng)，會(huì)關(guān)閉連接。
??以上內(nèi)容都沒有經(jīng)過編碼驗(yàn)證，也沒有通過源碼確認(rèn)，純粹百度和google搜索各種資料匯總。
