《网络编程实战》笔记 | 11 优雅地关闭还是粗暴地关闭？

0 前言

TCP 连接是双向的，分写入和读取两个方向。回顾 TCP 的四次挥手，在连接关闭发起方 A 发出FIN报文后，A 进入FIN_WAIT1 阶段，当对端 B 收到 FIN 报文后，B 进入 CLOSE_WAIT 状态，此时 A->B 发送方向的连接就释放了，后面只有 B->A 发送数据，A 只是应答。这时连接处于半关闭(half-close)状态。之所以有半关闭状态的存在，是因为 B 可能还有一些数据处理，需要将处理结果发送给 A。等处理结束，B 再去关闭 B->A 方向的连接。这种关闭方式是“优雅地”，也是我们从计算机网络这本书里学到的TCP连接关闭方式。但是具体到代码实现，我们就会发现还有“粗暴地”关闭情况存在，“半关闭状态”虽然存在，但是应用程序用不起来。

1 “粗暴地” close 函数

close 函数是我们在学习 socket 编程时，最常见地关闭套接字的接口函数。实际上这个函数是对套接字引用计数减一，当引用计数为 0，就会对套接字彻底释放，并且会关闭 TCP 两个方向的数据流。不直接关闭的原因是套接字可以被多个进程共享，若通过fork的方式产生子进程，套接字引用计数+1，调用一次close则-1。
具体关闭方式：
1. 输入方向：系统内核设置套接字为不可读，任何读操作都会返回异常
2. 输出方向: 系统内核将发送缓冲区数据发送对端，最后发送一个FIN报文，再对套接字写操作会返回异常。
对端若还继续发送报文，会收到一个RST报文。很粗暴，若客户端调用close发起连接关闭，服务器处理数据结果是没法再发送给客户端的。

2 “优雅地” shutdown 函数

shutdown 函数原型如下：

#include <sys/socket.h>
int shutdown(int sockfd, int how);

其中 how 是设置选项，有三个主要选项：

• SHUT_RD(0)：关闭读方向，读操作直接返回EOF。接收缓冲区已有数据直接丢弃，新数据到达，则正常ACK，然后丢弃数据。对端不会感知到数据被丢弃。
• SHUT_WR(1)：关闭写方向，“半关闭”的状态，写操作报错。写入缓冲区的数据会被立即发送出去，并发送一个FIN报文给对端。
• SHUT_RDWR(2)：相当于执行了SHUT_RD和SHUT_WR。

3 close 与 shutdown 的区别

1. close 会关闭连接，释放所有对应资源，而shutdown 不会释放掉套接字和所有的资源
2. close 存在引用计数的概念，并不一定会导致套接字不可用；shutdown 则直接使套接字不可用，如果有别的进程使用该套接字，会受到影响。
3. close 的引用计数不一定会发出 FIN 报文，而shutdown 总使发出 FIN 报文。

注意：close 后再收到报文，会返回 RST 包。当再次向收到 RST 包的套接字写入数据，会产生 SIGPIPE 信号，系统默认处理是退出进程。