TCP关闭
以下描述主要是針對windows平臺下的TCP socket而言。
首先需要區(qū)分一下關(guān)閉socket和關(guān)閉TCP連接的區(qū)別，關(guān)閉TCP連接是指TCP協(xié)議層的東西，就是兩個TCP端之間交換了一些協(xié)議包（FIN，RST等），具體的交換過程可以看TCP協(xié)議，這里不詳細(xì)描述了。而關(guān)閉socket是指關(guān)閉用戶應(yīng)用程序中的socket句柄，釋放相關(guān)資源。但是當(dāng)用戶關(guān)閉socket句柄時會隱含的觸發(fā)TCP連接的關(guān)閉過程。
TCP連接的關(guān)閉過程有兩種，一種是優(yōu)雅關(guān)閉（graceful close），一種是強(qiáng)制關(guān)閉（hard close或abortive close）。所謂優(yōu)雅關(guān)閉是指，如果發(fā)送緩存中還有數(shù)據(jù)未發(fā)出則其發(fā)出去，并且收到所有數(shù)據(jù)的ACK之后，發(fā)送FIN包，開始關(guān)閉過程。而強(qiáng)制關(guān)閉是指如果緩存中還有數(shù)據(jù)，則這些數(shù)據(jù)都將被丟棄，然后發(fā)送RST包，直接重置TCP連接。
下面說一下shutdown及closesocket函數(shù)。
shutdown函數(shù)的原型是：
int shutdown(
??SOCKET s,
??int how
);
該函數(shù)用于關(guān)閉TCP連接，但并不關(guān)閉socket句柄。其第二個參數(shù)可以取三個值：SD_RECEIVE，SD_SEND，SD_BOTH。
SD_RECEIVE表明關(guān)閉接收通道，在該socket上不能再接收數(shù)據(jù)，如果當(dāng)前接收緩存中仍有未取出數(shù)據(jù)或者以后再有數(shù)據(jù)到達(dá)，則TCP會向發(fā)送端發(fā)送RST包，將連接重置。
SD_SEND表明關(guān)閉發(fā)送通道，TCP會將發(fā)送緩存中的數(shù)據(jù)都發(fā)送完畢并在收到所有數(shù)據(jù)的ACK后向?qū)Χ税l(fā)送FIN包，表明本端沒有更多數(shù)據(jù)發(fā)送。這個是一個優(yōu)雅關(guān)閉過程。
SD_BOTH則表示同時關(guān)閉接收通道和發(fā)送通道。
closesocket函數(shù)的原型是：
int closesocket(
??SOCKET s
);
該函數(shù)用于關(guān)閉socket句柄，并釋放相關(guān)資源。前面說過，關(guān)閉socket句柄時會隱含觸發(fā)TCP連接的關(guān)閉過程，那么closesocket觸發(fā)的是一個優(yōu)雅關(guān)閉過程還是強(qiáng)制關(guān)閉過程呢？這個與一個socket選項(xiàng)有關(guān)：SO_LINGER 選項(xiàng)，該選項(xiàng)的設(shè)置值決定了closesocket的行為。該選項(xiàng)的參數(shù)值是linger結(jié)構(gòu)，其定義是：
typedef struct linger {
??u_short l_onoff;
??u_short l_linger;
} linger;
當(dāng)l_onoff值設(shè)置為0時，closesocket會立即返回，并關(guān)閉用戶socket句柄。如果此時緩沖區(qū)中有未發(fā)送數(shù)據(jù)，則系統(tǒng)會在后臺將這些數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后關(guān)閉TCP連接，是一個優(yōu)雅關(guān)閉過程，但是這里有一個副作用就是socket的底層資源會被保留直到TCP連接關(guān)閉，這個時間用戶應(yīng)用程序是無法控制的。
當(dāng)l_onoff值設(shè)置為非0值，而l_linger也設(shè)置為0，那么closesocket也會立即返回并關(guān)閉用戶socket句柄，但是如果此時緩沖區(qū)中有未發(fā)送數(shù)據(jù)，TCP會發(fā)送RST包重置連接，所有未發(fā)數(shù)據(jù)都將丟失，這是一個強(qiáng)制關(guān)閉過程。
當(dāng)l_onoff值設(shè)置為非0值，而l_linger也設(shè)置為非0值時，同時如果socket是阻塞式的，此時如果緩沖區(qū)中有未發(fā)送數(shù)據(jù)，如果TCP在l_linger表明的時間內(nèi)將所有數(shù)據(jù)發(fā)出，則發(fā)完后關(guān)閉TCP連接，這時是優(yōu)雅關(guān)閉過程；如果如果TCP在l_linger表明的時間內(nèi)沒有將所有數(shù)據(jù)發(fā)出，則會丟棄所有未發(fā)數(shù)據(jù)然后TCP發(fā)送RST包重置連接，此時就是一個強(qiáng)制關(guān)閉過程了。
另外還有一個socket選項(xiàng)SO_DONTLINGER，它的參數(shù)值是一個bool類型的，如果設(shè)置為true，則等價于在SO_LINGER中將l_onoff設(shè)置為0。
注意SO_LINGER和SO_DONTLINGER選項(xiàng)只影響closesocket的行為，而與shutdown函數(shù)無關(guān)，shutdown總是會立即返回的。
所以建議的最好的關(guān)閉方式是這樣的：
發(fā)送完了所有數(shù)據(jù)后：
(1)調(diào)用shutdown(s, SD_SEND)，如果本端同時也接收數(shù)據(jù)時則執(zhí)行第二步，否則跳到第4步。
(2)繼續(xù)接收數(shù)據(jù)，
(3)收到FD_CLOSE事件后，調(diào)用recv函數(shù)直到recv返回0或-1（保證收到所有數(shù)據(jù)），
(4)調(diào)用closesocket，關(guān)閉socket句柄。
在實(shí)際編程中，我們經(jīng)常也不調(diào)用shutdown，而是直接調(diào)用closesocket，利用closesocket隱含觸發(fā)TCP連接關(guān)閉過程的特性。此時的過程就是：
當(dāng)發(fā)送完所有數(shù)據(jù)后：
(1)如果本端同時也接受數(shù)據(jù)則執(zhí)行第二步，否則跳到第4步。
(2)繼續(xù)接收數(shù)據(jù)，
(3)收到FD_CLOSE事件后，調(diào)用recv函數(shù)直到recv返回0或-1（保證收到所有數(shù)據(jù)），
(4)調(diào)用closesocket，關(guān)閉socket句柄。
但是此時為了保證數(shù)據(jù)不丟失，則需要設(shè)置SO_DONTLINGER選項(xiàng)，不過windows平臺下這個也是默認(rèn)設(shè)置。
經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，發(fā)送端應(yīng)用程序即便是異常退出或被kill掉進(jìn)程，操作系統(tǒng)也不會丟棄發(fā)送緩沖區(qū)中的未發(fā)送數(shù)據(jù)，而是會在后臺將這些數(shù)據(jù)發(fā)送出去。但是這是在socket的發(fā)送緩存不為0的前提下，當(dāng)socket的發(fā)送緩存設(shè)置為0（通過SO_SNDBUF選項(xiàng)）時比較特殊，此時不論socket是否是阻塞的，send函數(shù)都會被阻塞直到傳入的用戶緩存中的數(shù)據(jù)都被發(fā)送出去并被確認(rèn)，因?yàn)榇藭r在驅(qū)動層沒有分配緩存存放用戶數(shù)據(jù)，而是直接使用的應(yīng)用層的用戶緩存，所以必須阻塞直到數(shù)據(jù)都發(fā)出，否則可能會造成系統(tǒng)崩潰。
另外，如果是接收端的應(yīng)用程序異常退出或被kill掉進(jìn)程，并且接收緩存中還有數(shù)據(jù)沒有取出的話，那么接收端的TCP會向發(fā)送端發(fā)送RST包，重置連接，因?yàn)楹罄m(xù)數(shù)據(jù)已經(jīng)無法被提交應(yīng)用層了。
不久前，我的Socket Client程序遇到了一個非常尷尬的錯誤。它本來應(yīng)該在一個socket長連接上持續(xù)不斷地向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)，如果socket連接斷開，那么程序會自動不斷地重試建立連接。
有一天發(fā)現(xiàn)程序在不斷嘗試建立連接，但是總是失敗。用netstat查看，這個程序竟然有上千個socket連接處于CLOSE_WAIT狀態(tài)，以至于達(dá)到了上限，所以無法建立新的socket連接了。
為什么會這樣呢？
它們?yōu)槭裁磿继幵贑LOSE_WAIT狀態(tài)呢？
CLOSE_WAIT狀態(tài)的生成原因
首先我們知道，如果我們的Client程序處于CLOSE_WAIT狀態(tài)的話，說明套接字是被動關(guān)閉的！
因?yàn)槿绻荢erver端主動斷掉當(dāng)前連接的話，那么雙方關(guān)閉這個TCP連接共需要四個packet：
?????? Server ---> FIN ---> Client
?????? Server <--- ACK <--- Client
??? 這時候Server端處于FIN_WAIT_2狀態(tài)；而我們的程序處于CLOSE_WAIT狀態(tài)。
?????? Server <--- FIN <--- Client
這時Client發(fā)送FIN給Server，Client就置為LAST_ACK狀態(tài)。
??????? Server ---> ACK ---> Client
Server回應(yīng)了ACK，那么Client的套接字才會真正置為CLOSED狀態(tài)。
?
我們的程序處于CLOSE_WAIT狀態(tài)，而不是LAST_ACK狀態(tài)，說明還沒有發(fā)FIN給Server，那么可能是在關(guān)閉連接之前還有許多數(shù)據(jù)要發(fā)送或者其他事要做，導(dǎo)致沒有發(fā)這個FIN packet。
?
原因知道了，那么為什么不發(fā)FIN包呢，難道會在關(guān)閉己方連接前有那么多事情要做嗎？
還有一個問題，為什么有數(shù)千個連接都處于這個狀態(tài)呢？難道那段時間內(nèi)，服務(wù)器端總是主動拆除我們的連接嗎？
?
不管怎么樣，我們必須防止類似情況再度發(fā)生！
首先，我們要防止不斷開辟新的端口，這可以通過設(shè)置SO_REUSEADDR套接字選項(xiàng)做到：
重用本地地址和端口
以前我總是一個端口不行，就換一個新的使用，所以導(dǎo)致讓數(shù)千個端口進(jìn)入CLOSE_WAIT狀態(tài)。如果下次還發(fā)生這種尷尬狀況，我希望加一個限定，只是當(dāng)前這個端口處于CLOSE_WAIT狀態(tài)！
在調(diào)用
sockConnected = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
之后，我們要設(shè)置該套接字的選項(xiàng)來重用：
/// 允許重用本地地址和端口:
/// 這樣的好處是，即使socket斷了，調(diào)用前面的socket函數(shù)也不會占用另一個，而是始終就是一個端口
/// 這樣防止socket始終連接不上，那么按照原來的做法，會不斷地?fù)Q端口。
int nREUSEADDR = 1;
setsockopt(sockConnected,
????????????? SOL_SOCKET,
????????????? SO_REUSEADDR,
????????????? (const char*)&nREUSEADDR,
????????????? sizeof(int));
教科書上是這么說的：這樣，假如服務(wù)器關(guān)閉或者退出，造成本地地址和端口都處于TIME_WAIT狀態(tài)，那么SO_REUSEADDR就顯得非常有用。
也許我們無法避免被凍結(jié)在CLOSE_WAIT狀態(tài)永遠(yuǎn)不出現(xiàn)，但起碼可以保證不會占用新的端口。
其次，我們要設(shè)置SO_LINGER套接字選項(xiàng)：
從容關(guān)閉還是強(qiáng)行關(guān)閉？
LINGER是“拖延”的意思。
默認(rèn)情況下(Win2k)，SO_DONTLINGER套接字選項(xiàng)的是1；SO_LINGER選項(xiàng)是，linger為{l_onoff：0，l_linger：0}。
如果在發(fā)送數(shù)據(jù)的過程中(send()沒有完成，還有數(shù)據(jù)沒發(fā)送)而調(diào)用了closesocket()，以前我們一般采取的措施是“從容關(guān)閉”：
因?yàn)樵谕顺龇?wù)或者每次重新建立socket之前，我都會先調(diào)用
/// 先將雙向的通訊關(guān)閉
???? shutdown(sockConnected, SD_BOTH);
???? /// 安全起見，每次建立Socket連接前，先把這個舊連接關(guān)閉
closesocket(sockConnected);
?
我們這次要這么做：
設(shè)置SO_LINGER為零（亦即linger結(jié)構(gòu)中的l_onoff域設(shè)為非零，但l_linger為0），便不用擔(dān)心closesocket調(diào)用進(jìn)入“鎖定”狀態(tài)（等待完成），不論是否有排隊數(shù)據(jù)未發(fā)送或未被確認(rèn)。這種關(guān)閉方式稱為“強(qiáng)行關(guān)閉”，因?yàn)樘捉幼值奶撾娐妨⒓幢粡?fù)位，尚未發(fā)出的所有數(shù)據(jù)都會丟失。在遠(yuǎn)端的recv()調(diào)用都會失敗，并返回WSAECONNRESET錯誤。
在connect成功建立連接之后設(shè)置該選項(xiàng)：
linger m_sLinger;
m_sLinger.l_onoff = 1;? // (在closesocket()調(diào)用,但是還有數(shù)據(jù)沒發(fā)送完畢的時候容許逗留)
m_sLinger.l_linger = 0; // (容許逗留的時間為0秒)
setsockopt(sockConnected,
???????? SOL_SOCKET,
???????? SO_LINGER,
???????? (const char*)&m_sLinger,
???????? sizeof(linger));
?
總結(jié)
也許我們避免不了CLOSE_WAIT狀態(tài)凍結(jié)的再次出現(xiàn)，但我們會使影響降到最小，希望那個重用套接字選項(xiàng)能夠使得下一次重新建立連接時可以把CLOSE_WAIT狀態(tài)踢掉
總結(jié)
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