socket連接關閉問題的示例分析

這篇文章主要為大家展示了“socket連接關閉問題的示例分析”，內(nèi)容簡而易懂，條理清晰，希望能夠幫助大家解決疑惑，下面讓小編帶領大家一起研究并學習一下“socket連接關閉問題的示例分析”這篇文章吧。

socket編程過程中往往會遇到這樣那樣的問題，出現(xiàn)了這些問題，有的是由于并發(fā)訪問量太大造成的，有些卻是由于代碼中編程不慎造成的。比如說，最常見的錯誤就是程序中報打開的文件數(shù)過多這個錯誤。socket建立連接的時候是三次握手，這個大家都很清楚，但是socket關閉連接的時候，需要進行四次揮手，但很多人對于這四次揮手的具體流程不清楚，吃了很多虧。

CLOSE_WAIT分析

socket是一種全雙工的通信方式，建立完socket連接后，連接的任何一方都可以發(fā)起關閉操作。這里不妨假設連接的關閉是客戶端發(fā)起?？蛻舳说拇a如下：

代碼片段1.1

ret = CS_GetConnect(&client,ipAddr,9010);
if (ret == 0) {
    printf("connected success.");
}
CloseSocket(client);

基本邏輯就是，連接建立后立即關閉。其中CloseSocket函數(shù)是自定義函數(shù)，僅僅封裝了在windows和linux下關閉socket的不同實現(xiàn)而已

代碼片段1.2

#if defined(WIN32) || defined(WIN64)
#define CloseSocket(fd) do{ closesocket(fd);/* shutdown(fd, 2);*/ }while(0)
#else
#define CloseSocket(fd) do{ close(fd); /*shutdown(fd,2);*/ }while(0)
#endif

客戶端調(diào)用了CloseSocket之后，發(fā)送FIN信號到服務器端，告訴socket程序，連接已經(jīng)斷開。服務器端接收到FIN信號后，會將自身的TCP狀態(tài)置為`CLOSE_WAIT`,同時回復 一個ACK信號給客戶端，客戶端接收到這個ACK信號后，自身將處于`FIN_WAIT_2`狀態(tài)。

但是tcp是全雙工的通信協(xié)議，雖然客戶端關閉了連接，但是服務器端對于這個關閉動作不予理睬怎么辦。對于服務器端來說，這是個不幸的消息，因為它將一直處于`CLOSE_WAIT`狀態(tài)，雖然客戶端已經(jīng)不需要和服務器間進行通信了，但是服務器端的socket連接句柄一直得不到釋放；如果老是有這種情況出現(xiàn)，久而久之服務器端的連接句柄就會被耗盡。對于發(fā)起關閉的客戶端來說，他處于`FIN_WAIT_2`狀態(tài)，如果出現(xiàn)服務器端一直處于`CLOSE_WATI`狀態(tài)的情況，客戶端并不會一直處在`FIN_WAIT_2`狀態(tài)，因為這個狀態(tài)有一個超時時間，這個值可以在/etc/sysctl.conf中進行配置。在這個文件中配置`net.ipv4.tcp_fin_timeout=30`即可保證`FIN_WAIT_2`狀態(tài)最多保持30秒，超過這個時間后就進入TIME_WAIT狀態(tài)（下面要講到這個狀態(tài)）。

注意：這里socket的關閉從客戶端發(fā)起，僅僅是為了舉例說明，socket的關閉完全也可以從服務器端發(fā)起。比如說你寫了一個爬蟲程序去下載互聯(lián)網(wǎng)上的某些web服務器上的資源的時候，某些要下載的web資源不存在，web服務器會立即關閉當前的socket連接，但是你的爬蟲程序不夠健壯，對于這種情況沒有做處理，同樣會使你的爬蟲客戶端處于CLOSE_WAIT狀態(tài)。

那么怎樣預防SOCKET處于CLOSE_WATI狀態(tài)呢，答案在這里：

代碼片段1.3

    while(true) {
        memset(getBuffer,0,MY_SOCKET_BUFFER_SIZE);
        Ret = recv(client, getBuffer, MY_SOCKET_BUFFER_SIZE, 0);
        if ( Ret == 0 || Ret == SOCKET_ERROR ) 
        {
            printf("對方socket已經(jīng)退出,Ret【%d】!\n",Ret);
            Ret = SOCKET_READE_ERROR;//接收服務器端信息失敗
            break;
        }
    }
clear:
    if (getBuffer != NULL) {
        free(getBuffer);
        getBuffer = NULL;
    }
    closesocket(client);

這里摘錄了服務器端部分代碼，注意這個recv函數(shù)，這個函數(shù)在連接建立時，會堵塞住當前代碼，等有數(shù)據(jù)接收成功后才返回，返回值為接收到的字節(jié)數(shù)；但是對于連接對方socket關閉情況，它能立即感應到，并且返回0.所以對于返回0的時候，可以跳出循環(huán)，結(jié)束當前socket處理，進行一些垃圾回收工作，注意最后一句closesocket操作是很重要的，假設沒有寫這句話，服務器端會一直處于CLOSE_WAIT狀態(tài)。如果寫了這句話，那么socket的流程就會是這樣的：

TIME_WAIT分析

服務器端調(diào)用了CloseSocket操作后，會發(fā)送一個FIN信號給客戶端，客戶端進入`TIME_WAIT`狀態(tài)，而且將維持在這個狀態(tài)一段時間，這個時間也被成為2MSL(MSL是maximum segment lifetime的縮寫，意指最大分節(jié)生命周期，這是IP數(shù)據(jù)包能在互聯(lián)網(wǎng)上生存的最長時間，超過這個時間將在互聯(lián)網(wǎng)上消失)，在這個時間段內(nèi)如果客戶端的發(fā)出的數(shù)據(jù)還沒有被服務器端確認接收的話，可以趁這個時間等待服務端的確認消息。注意，客戶端最后發(fā)出的ACK N+1消息，是一進入`TIME_WAIT`狀態(tài)后就發(fā)出的，并不是在`TIME_WAIT`狀態(tài)結(jié)束后發(fā)出的。如果在發(fā)送ACK N+1的時候，由于某種原因服務器端沒有收到，那么服務器端會重新發(fā)送FIN N消息，這個時候如果客戶端還處于`TIME_WAIT`狀態(tài)的，會重新發(fā)送ACK N+1消息，否則客戶端會直接發(fā)送一個RST消息，告訴服務器端socket連接已經(jīng)不存在了。

有時，我們在使用netstat命令查看web服務器端的tcp狀態(tài)的時候，會發(fā)現(xiàn)有成千上萬的連接句柄處在`TIME_WAIT`狀態(tài)。web服務器的socket連接一般都是服務器端主動關閉的，當web服務器的并發(fā)訪問量過大的時候，由于web服務器大多情況下是短連接，socket句柄的生命周期比較短，于是乎就出現(xiàn)了大量的句柄堵在`TIME_WAIT`狀態(tài)，等待系統(tǒng)回收的情況。如果這種情況太過頻繁，又由于操作系統(tǒng)本身的連接數(shù)就有限，勢必會影響正常的socket連接的建立。在linux下對于這種情況倒是有解救措施，方法就是修改/etc/sysctl.conf文件，保證里面含有以下三行配置：

配置型 2.1

    #表示開啟重用。允許將TIME-WAIT sockets重新用于新的TCP連接，默認為0，表示關閉  
    net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1  
    #表示開啟TCP連接中TIME-WAIT sockets的快速回收，默認為0，表示關閉  
    net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1  
    #表示系統(tǒng)同時保持TIME_WAIT的最大數(shù)量，如果超過這個數(shù)字，
    #TIME_WAIT將立刻被清除并打印警告信息。默認為180000，改為5000。
    net.ipv4.tcp_max_tw_buckets = 5000

關于重用`TIME_WAIT`狀態(tài)的句柄的操作，也可以在代碼中設置：

代碼片段2.1

int on = 1;
if (setsockopt(socketfd/*socket句柄*/,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,(char *)&on,sizeof(on)))
{
    return ERROR_SET_REUSE_ADDR;
}

如果在代碼中設置了關于重用的操作，程序中將使用代碼中設置的選項決定重用或者不重用，/etc/sysctl.conf中`net.ipv4.tcp_tw_reuse`中的設置將不再其作用。

當然這樣設置是有悖TCP的設計標準的，因為處于`TIME_WAIT`狀態(tài)的TCP連接，是有其存在的積極作用的，前面已經(jīng)介紹過。假設客戶端的ACK N+1信號發(fā)送失敗，服務器端在1MSL時間過后會重發(fā)FIN N信號，而此時客戶端重用了之前關閉的連接句柄建立了新的連接，但是此時就會收到一個FIN信號，導致自己被莫名其妙關閉。

一般`TIME_WAIT`會維持在2MSL（linux下1MSL默認為30秒）時間，但是這個時間可以通過代碼修改：

代碼片段2.2

struct linger so_linger;
so_linger.l_onoff = 1;
so_linger.l_linger = 10;
if (setsockopt(socketfd,SOL_SOCKET,SO_LINGER,(char *)&so_linger,sizeof(struct linger)))
{
    return ERROR_SET_LINGER;
}

這里代碼將`TIME_WAIT`的時間設置為10秒（在BSD系統(tǒng)中，將會是0.01*10s）。TCP中的`TIME_WAIT`機制使得socket程序可以“優(yōu)雅”的關閉，如果你想你的程序更優(yōu)雅，最好不要設置`TIME_WAIT`的停留時間，讓老的tcp數(shù)據(jù)包在合理的時間內(nèi)自生自滅。當然對于`SO_LINGER`參數(shù)，它不僅僅能夠自定義`TIME_WAIT`狀態(tài)的時間，還能夠?qū)CP的四次揮手直接禁用掉，假設對于so_linger結(jié)構體變量的設置是這個樣子的：

    so_linger.l_onoff = 1;
    so_linger.l_linger = 0;

如果客戶端的socket是這么設置的那么socket的關閉流程就直接是這個樣子了：

這相當于客戶端直接告訴服務器端，我這邊異常終止了，對于我稍后給出的所有數(shù)據(jù)包你都可以丟棄掉。服務器端如果接受到這種RST消息，會直接把對應的socket句柄回收掉。有一些socket程序不想讓TCP出現(xiàn)`TIME_WAIT`狀態(tài)，會選擇直接使用RST方式關閉socket，以保證socket句柄在最短的時間內(nèi)得到回收，當然前提是接受有可能被丟棄老的數(shù)據(jù)包這種情況的出現(xiàn)。如果socket通信的前后數(shù)據(jù)包的關聯(lián)性不是很強的話，換句話說每次通信都是一個單獨的事務，那么可以考慮直接發(fā)送RST信號來快速關閉連接。

補充

1.文中提到的修改/etc/sysctl.conf文件的情況，修改完成之后需要運行`/sbin/sysctl -p`后才能生效。

2.圖1中發(fā)送完FIN M信號后，被動關閉端的socket程序中輸入流會接收到一個EOF標示，是在C代碼中處理時recv函數(shù)返回0代表對方關閉，在java代碼中會在InputStream的read函數(shù)中接收到-1：

代碼片段3.1

Socket client = new Socket();//,9090
    try {
        client.connect(
            new InetSocketAddress("192.168.56.101",9090));
        while(true){                
            int c = client.getInputStream().read();
            if (c > 0) {
                System.out.print((char) c);
            } else {//如果對方socket關閉，read函數(shù)返回-1
                break;
            }
             try {
                Thread.currentThread().sleep(2000);                 
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    } catch (IOException e2) {
        e2.printStackTrace();
    } finally {
        try {
            client.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

3.如果主動關閉方已經(jīng)發(fā)起了關閉的FIN信號，被動關閉方不予理睬，依然往主動關閉方發(fā)送數(shù)據(jù)，那么主動關閉方會直接返回RST新號，連接雙方的句柄就被雙方的操作系統(tǒng)回收，如果此時雙方的路由節(jié)點之前還存在未到達的數(shù)據(jù)，將會被丟棄掉。

4.通信的過程中，socket雙發(fā)中有一方的進程意外退出，則這一方將向其對應的另一方發(fā)送RST消息，所有雙發(fā)建立的連接將會被回收，未接收完的消息就會被丟棄。

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