背景

在linux網絡編程中，經常需要編寫關閉socket的代碼，比如心跳檢測失敗需要關閉重連；網絡報異常需要關閉重連。但究竟關閉操作做了什么，卻不太清楚。目前項目使用Netty框架來實現的網絡編程，查看netty源碼可以得知，netty最終是調用了java Nio的close接口做的關閉操作，那么想研究清楚這個close操作究竟做了什么，可以從兩個方向入手，這兩個方向也是從下至上的。

1. 搞清楚如果使用C/C++編程，應該調用哪個系統(tǒng)調用函數？函數內部做了什么，涉及到什么TCP/IP的協(xié)議參數
2. 搞清楚java nio在調用close方法時，究竟使用了哪個系統(tǒng)調用？

本文首先解決的是第一步，搞清楚系統(tǒng)調用相關的知識。

相關系統(tǒng)調用

Linux平臺下，提供了兩個系統(tǒng)調用函數供開發(fā)人員使用：

• close函數
• shutdown函數

close函數

int close(int sockfd);

這個函數的具體行為由一個TCP/IP套接字選項控制：SO_LINGER

SO_LINGER的在頭文件<sys/socket.h>中定義如下：

struct linger{
int l_onoff;
int l_linger;
}

根據這個選項參數的不同，close的邏輯如下：
1）l_onoff=0，l_linger=1或者0時（這個是默認選項）

• close會立即返回，0為成功-1為失敗
• 調用進程在該套接字上不能再發(fā)送或接收請求
• 接收緩沖區(qū)中的數據將會被拋棄
• 如果發(fā)送緩沖區(qū)中還有數據，會由操作系統(tǒng)在后臺繼續(xù)發(fā)送
• 如果套接字的引用計數變?yōu)?，則發(fā)送FIN表示關閉
  • 引用計數：進程和子進程可以共享一個套接字，每當一個進程做了close操作，引用計數就會減1
• 最后釋放套接字的系統(tǒng)資源

2）l_onoff=1，l_linger=0時

• close會立即返回
• 調用進程在該套接字上不能再發(fā)送或接收請求
• 發(fā)送和接收緩沖區(qū)中的數據都會被拋棄
• 如果套接字的引用計數變?yōu)?，則發(fā)送RST到對端，并且狀態(tài)直接變成CLOSED
  • 注：RST沒有超時重發(fā)機制，如果對端沒有收到RST，繼續(xù)發(fā)送，那么又會促使本端發(fā)送RST，直到對方收到
• 最后釋放套接字的系統(tǒng)資源

3）l_onoff=1，l_linger>0時

• 如果是阻塞的socket，close函數不會立即返回；非阻塞的會立即返回
• 調用進程在該套接字上不能再發(fā)送或接收請求
• 接收緩沖區(qū)中的數據將會被拋棄
• 如果發(fā)送緩沖區(qū)中還有數據，會由操作系統(tǒng)在后臺繼續(xù)發(fā)送
• 如果套接字的引用計數變?yōu)?，則發(fā)送FIN表示關閉，在套接字狀態(tài)編程CLOSED前，如果超時時間到，返回EWOULDBLOCK錯誤
• 最后釋放套接字的系統(tǒng)資源

總結一下：
默認情況和第三種情況對比，默認情況相當于一個異步請求，并且無法得知操作結果；第三種情況，可以在超時時間范圍內做close處理，發(fā)送未發(fā)送完畢的數據。第二種情況屬于粗暴的關閉socket，在2MSL時間范圍內如果新建立了一個“化身”（ip port dip dport都一樣的套接字），可能會被前一個套接字相關的數據所影響。
注：對2MSL不理解的小伙伴，可以看下這篇博客，講解的很清晰：
為什么tcp的TIME_WAIT狀態(tài)要維持2MSL

shutdown函數

有一種業(yè)務場景，客戶端發(fā)送數據到服務端，發(fā)送完畢后，客戶端就可以關閉客戶端寫方向的連接了，等待服務端處理。
業(yè)務需求是保證客戶端發(fā)送的數據都會被服務端應用程序接收并處理。如果使用close函數關閉連接，最多只能保證，全部數據都已經發(fā)送到了對端的接收緩沖區(qū)中（使用SO_LINGER相關配置項），但是無法確保對端的應用程序一定讀取到數據（close以后，本端socket就無法讀了）。

在這種業(yè)務場景下，如果需要確保服務端一定讀取到了數據，可以考慮使用shutdown函數。

int shutdown(int sockfd,int howto);

執(zhí)行shutdown函數，成功返回0，出錯返回-1。

howto是這個函數的設置選項：

• SHUT_RD：關閉套接字的讀方向。讀緩沖區(qū)中的數據都會被拋棄，如果有新數據到達，都將被ACK，并且被悄悄丟棄。
• SHUT_WR：關閉套接字的寫方向。在套接字發(fā)送緩沖區(qū)的數據都會被繼續(xù)發(fā)送過去，然后發(fā)送正常的FIN開始揮手流程。
• SHUT_RDWR：讀和寫兩個方向都關閉

只使用shutdown函數，也無法保證滿足我們上面提到的業(yè)務需求，即保證服務端應用程序是否正確讀取數據。目前有兩種解決方式可以實現上述業(yè)務需求：

• shutdown后，使用read函數，等待對端的FIN發(fā)送過來，此時read函數返回0
• 應用級別確認：完全發(fā)送數據后，再讀取一個字節(jié)的數據（這個數據是客戶端和服務端的自定義協(xié)議，比如：服務端完全接受數據后，可以繼續(xù)發(fā)送一字節(jié)的數據，代表讀取成功）

第一種方式流程圖如下（摘自《Unix網絡編程》）：

Image.png

第二種方式流程圖如下（摘自《Unix網絡編程》）：

Image1 [2].png

close函數和shutdow函數的區(qū)別

1. close函數會計算引用計數，當計數為0時才觸發(fā)揮手操作；shutdown函數則不需要判斷引用計數來觸發(fā)揮手操作
2. close函數可以終止兩個方向的傳輸，shutdown可以控制只終止一個方向的
3. close函數會關閉資源，shutdown函數不會