Broken pipe错误终极解释

• 叙述

    想必或多或少在Java的服务器都会遇到过这种异常，如下图
    
    由于Java偏上层，日常开发接触系统底层的机会偏少，要搞清楚什么原因导致的这种异常，肯定是先要百度google一番。

• 网络解释云里雾里

    百度+google下，巴拉巴拉还真不少介绍这个错误的文章。欣喜地翻了一篇又一篇，但好像我依旧不明白具体什么原因导致的，云里雾里啊。好吧，举两个例子：
    例子一：
      
    这上边说的好像有点道理，写个代码做个试验验证下吧！直接上代码：
    

//client程序
public static void main(String[] args) {
        try {
            Socket s = new Socket();

            s.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1",3113));

            OutputStream os = s.getOutputStream();
            os.write("hello".getBytes());

            s.close();

            System.in.read();//防止程序退出
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
    }

//server程序
public static void main(String[] args) {
        try {
            ServerSocket ss = new ServerSocket(3113);
            Socket s = ss.accept();
            InputStream is = s.getInputStream();
            byte[] buf =new byte[1024];
            int len = is.read(buf);
            System.out.println("recv:"+new String(buf,0,len));

            Thread.sleep(10000);

            s.getOutputStream().write("hello".getBytes());

            System.out.println("send over");
            System.in.read();
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
    }

    代码逻辑比较简单吧，client向server发送请求，然后调用close()关闭连接，服务端收到请求打印到控制台，等待10秒(保证client关闭了连接)，然后继续向client发数据。看一下控制台的结果：
    
    挺讨厌，就是不报Broken pipe异常。上边的文章，想说相信你真的好难啊！那再看另一篇文章吧
    例二：
      
    这篇文章倒列举了好几种原因，点击了stop按钮？被tomcat停掉？线程机制产生jvm出错？真不知他妈的在说什么，难道就不能再具体点吗？
    这样的文章看不上几篇就烦了。

• 意外发现

     网上找不到满意的解释，那就硬着头皮翻翻讲解底层一点的书籍吧。还真巧，在一本叫《UNIX网络编程卷1》中获得了一点灵感。如下截图：
    
    如下划线部分所说：向某个已收到RST的连接执行写操作时，将会返回EPIPE错误。EPIPE！PIPE！第一百零一灵感告诉我这与Broken pipe错误有关系。好了，有了新的发现就程序验证吧。
    为了顺利实验，先把实验用到的两个知识点说一下吧。

• 知识准备之RST报文

    终止一个TCP连接的正常方式是发送FIN。在发送缓冲区中所有排队数据都已发送之后才发送FIN，正常情况下没有任何数据丢失。但我们有时也可能发送一个RST报文段而不是FIN来中途关闭一个连接。这称为异常关闭。
    现在知道RST报文的作用了，那就在大致列一下出现RST报文的场景吧：
      1.connect一个不存在的端口；
      2.向一个已经关掉的连接send数据；
      3.向一个已经崩溃的对端发送数据（连接之前已经被建立）；
      4.close(sockfd)时，直接丢弃接收缓冲区未读取的数据，并给对方发一个RST。这个是由SO_LINGER选项来控制的；
      5.a重启，收到b的保活探针，a发rst，通知b。
    模拟出现RST报文的场景，最简单地方法感觉就是使用SO_LINGER选项来控制，那接下来再了解下SO_LINGER选项吧！

• 知识准备之SO_LINGER参数

   SO_LINGER是用来设置函数close()关闭TCP连接时的行为。缺省close()的行为是，如果有数据残留在socket发送缓冲区中则系统将继续发送这些数据给对方，等待被确认，然后返回。

设置此选项并把超时时间设置为零，调用close()会立即关闭该连接，通过发送RST分组(而不是用正常的FIN|ACK|FIN|ACK四个分组)来关闭该连接。至于发送缓冲区中如果有未发送完的数据，则丢弃。

    知识准备的差不多了，好了，准备开森的实验了。

• 实验验证

   这里再将实验代码贴一份吧，跟上边的实验代码唯一的区别就是这里设置了SO_LINGER选项。

//client程序
public static void main(String[] args) {
        try {
            Socket s = new Socket();
            s.setSoLinger(true,0);//设置调用close就发送RST
            s.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1",3113));

            OutputStream os = s.getOutputStream();
            os.write("hello".getBytes());

            s.close();

            System.in.read();//防止程序退出
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
//server程序
public static void main(String[] args) {
        try {
            ServerSocket ss = new ServerSocket(3113);
            Socket s = ss.accept();
            InputStream is = s.getInputStream();
            byte[] buf =new byte[1024];
            int len = is.read(buf);
            System.out.println("recv:"+new String(buf,0,len));

            Thread.sleep(10000);

            s.getOutputStream().write("hello".getBytes());

            System.out.println("send over");
            System.in.read();
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
    这次果不其然，终于遇到了期盼的异常。不信？那我截图你看：

   这下你信了吧。这时你是不是也有点好奇，真的是设置了SO_LINGER产生了RST报文吗？client和server之间到底进行了怎么样的交互呢？
   想看清具体client和server期间进行了怎样的交互，那就只好抓包了。就用tcpdump抓包看吧，不管你会不会用，它都是简单方便快捷的好工具，绝对是分析TCP的好帮手。

• 抓包分析

    就按照上边的实验程序抓个包吧，又大又清晰地截图^_^


    简单解释下：localhost.50387是client端，localhost.cs-auth-svr是server端。
                      第一行：client向server发送SYN请求建立连接
                      第二行：server向client发送SYN也请求建立连接
                      第三行：client向server返回ACK表示同意连接
                      第四行：server向client发送ack?什么？TCP三步握手建立连接怎么变成四步了？啥时候的事啊咋没通知我啊？难道我的mac不在状态手滑了就发出去了？算了先不care这个问题了，知道的可以告诉下我。
                      第五行：看到Flags [P.]了吗，P是push的意思就是发数据，这里就是client向server发送数据，length 5就是client发送的hello的长度，没错吧
                      第六行：这里是server向client发送ac表示已经接收了hello
                      第七行：这是重点，Flags[R.],R就代表RST报文，client向server发送了RST报文。

    现在应该一切云开月明了吧。^_^
     收到RST包，继续向对方写数据就一定会报Broken pipe吗？还真的被我试出个不会的情况。

• 特殊情况

   这个特殊情况也很好理解，按照上边说的：向一个已经关掉的连接send数据时会收到对方的RST报文。此时再向其sends数据就不会报Broken pipe。直接上测试程序和抓包吧

//client程序
public static void main(String[] args) {
        try {
            Socket s = new Socket();
            s.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1",3113));

            OutputStream os = s.getOutputStream();
            os.write("hello".getBytes());

            s.close();

            System.in.read();//防止程序退出
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
//server程序
public static void main(String[] args) {
        try {
            ServerSocket ss = new ServerSocket(3113);
            Socket s = ss.accept();
            InputStream is = s.getInputStream();
            byte[] buf =new byte[1024];
            int len = is.read(buf);
            System.out.println("recv:"+new String(buf,0,len));

            Thread.sleep(10000);

            s.getOutputStream().write("hello".getBytes());

            s.getOutputStream().write("hello2".getBytes());

            System.out.println("send over");
            System.in.read();
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
  client调用close向server发送FIN，server向client发送hello，然后收到client的RST报文，继续向client发送hello2。

   上边流程可以看到，client向server发送了RST报文，但是服务器继续写也不会报错，毕竟谁让client之前就向server发送了FIN表示正常关闭呢。

• 尾言

    分析到这里，Broken pipe错误的原因应该很清楚了吧。但是还需要强调，上边的实验分析过程是在UNIX(MAC)下完成的，这个实验对windows不成立，咱们Java都是跑在linux上可以先不care。Linux应该跟UNIX差不多，当然这里我没有测验，测出差异来的可以分享下。就这样吧