優(yōu)雅地?cái)嚅_套接字連接

本章將討論如何優(yōu)雅地?cái)嚅_相互連接的套接字。之前用的方法不夠優(yōu)雅是因?yàn)椋覀兪钦{(diào)用close或closesocket函數(shù)單方面斷開連接的。

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TCP中的斷開連接過程比建立連接過程更重要，因?yàn)檫B接過程中一般不會(huì)出現(xiàn)大的變數(shù)，但斷開過程有可能發(fā)生預(yù)想不到的情況，因此應(yīng)準(zhǔn)確掌控。只有掌握了下面要講解的半關(guān)閉（Half-close），才能明確斷開過程。

單方面斷開連接帶來的問題

Linux的close函數(shù)和Windows的closesocket函數(shù)意味著完全斷開連接。完全斷開不僅指無法傳輸數(shù)據(jù)，而且也不能接收數(shù)據(jù)。因此，在某些情況下，通信一方調(diào)用close或closesocket函數(shù)斷開連接就顯得不太優(yōu)雅，如圖7-1所示。

圖7-1描述的是2臺(tái)主機(jī)正在進(jìn)行雙向通信。主機(jī)A發(fā)送完最后的數(shù)據(jù)后，調(diào)用close函數(shù)斷開了連接，之后主機(jī)A無法再接收主機(jī)B傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。實(shí)際上，是完全無法調(diào)用與接收數(shù)據(jù)相關(guān)的函數(shù)。最終，由主機(jī)B傳輸?shù)摹⒅鳈C(jī)A必須接收的數(shù)據(jù)也銷毀了。

為了解決這類問題，“只關(guān)閉一部分?jǐn)?shù)據(jù)交換中使用的流”（Half-close）的方法應(yīng)運(yùn)而生。斷開一部分連接是指，可以傳輸數(shù)據(jù)但無法接收，或可以接收數(shù)據(jù)但無法傳輸。顧名思義就是只關(guān)閉流的一半。

套接字和流（Stream）

兩臺(tái)主機(jī)通過套接字建立連接后進(jìn)入可交換數(shù)據(jù)的狀態(tài)，又稱“流形成的狀態(tài)”。也就是把建立套接字后可交換數(shù)據(jù)的狀態(tài)看作一種流。

此處的流可以比作水流。水朝著一個(gè)方向流動(dòng)，同樣，在套接字的流中，數(shù)據(jù)也只能向一個(gè)方向移動(dòng)。因此，為了進(jìn)行雙向通信，需要如圖7-2所示的2個(gè)流。

一旦兩臺(tái)主機(jī)間建立了套接字連接，每個(gè)主機(jī)就會(huì)擁有單獨(dú)的輸入流和輸出流。當(dāng)然，其中一個(gè)主機(jī)的輸入流與另一主機(jī)的輸出流相連，而輸出流則與另一主機(jī)的輸入流相連。另外，本章討論的“優(yōu)雅地?cái)嚅_連接方式”只斷開其中1個(gè)流，而非同時(shí)斷開兩個(gè)流。Linux的close和Windows 的closesocket函數(shù)將同時(shí)斷開這兩個(gè)流，因此與"優(yōu)雅"二字還有一段距離。

針對(duì)優(yōu)雅斷開的shutdown函數(shù)

接下來介紹用于半關(guān)閉的函數(shù)。下面這個(gè)shutdown函數(shù)就用來關(guān)閉其中1個(gè)流。

#includeint shutdown(int sock, int howto);
// 成功時(shí)返回0，失敗時(shí)返回-1。
// sock         需要斷開的套接字文件描述符。
// howto        傳遞斷開方式信息。

調(diào)用上述函數(shù)時(shí)，第二個(gè)參數(shù)決定斷開連接的方式，其可能值如下所示。

• SHUT_RD：斷開輸入流。
• SHUT_WR：斷開輸出流。
• SHUT_RDWR：同時(shí)斷開I/O流。

若向shutdown的第二個(gè)參數(shù)傳遞SHUT_RD，則斷開輸入流，套接字無法接收數(shù)據(jù)。即使輸入緩沖收到數(shù)據(jù)也會(huì)抹去，而且無法調(diào)用輸入相關(guān)函數(shù)。如果向shutdown函數(shù)的第二個(gè)參數(shù)傳遞SHUT_WR，則中斷輸出流，也就無法傳輸數(shù)據(jù)。但如果輸出緩沖還留有未傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，則將傳遞至目標(biāo)主機(jī)。最后，若傳入SHUT_RDWR，則同時(shí)中斷I/O流。這相當(dāng)于分2次調(diào)用shutdown，其中一次以SHUT_RD為參數(shù)，另一次以SHUT_WR為參數(shù)。

為何需要半關(guān)閉

相信各位已對(duì)"關(guān)閉套接字的一半連接"有了充分的認(rèn)識(shí)，但還有一些疑惑。

“究竟為什么需要半關(guān)閉？是否只要留出足夠長(zhǎng)的連接時(shí)間，保證完成數(shù)據(jù)交換即可？只要不急于斷開連接，好像也沒必要使用半關(guān)閉。"

這句話也不完全是錯(cuò)的。如果保持足夠的時(shí)間間隔，完成數(shù)據(jù)交換后再斷開連接，這時(shí)就沒必要使用半關(guān)閉。但要考慮如下情況：

"一旦客戶端連接到服務(wù)器端，服務(wù)器端將約定的文件傳給客戶端，客戶端收到后發(fā)送字符串‘Thank you’給服務(wù)器端?！?/p>

此處字符串"Thank you"的傳遞實(shí)際是多余的，這只是用來模擬客戶端斷開連接前還有數(shù)據(jù)需要傳遞的情況。此時(shí)程序?qū)崿F(xiàn)的難度并不小，因?yàn)閭鬏斘募姆?wù)器端只需連續(xù)傳輸文件數(shù)據(jù)即可，而客戶端則無法知道需要接收數(shù)據(jù)到何時(shí)。客戶端也沒辦法無休止地調(diào)用輸入函數(shù)，因?yàn)檫@有可能導(dǎo)致程序阻塞（調(diào)用的函數(shù)未返回）。

“是否可以讓服務(wù)器端和客戶端約定一個(gè)代表文件尾的字符？”

這種方式也有問題，因?yàn)檫@意味著文件中不能有與約定字符相同的內(nèi)容。為解決該問題，服務(wù)器端應(yīng)最后向客戶端傳遞EOF表示文件傳輸結(jié)束?？蛻舳送ㄟ^函數(shù)返回值接收EOF，這樣可以避免與文件內(nèi)容沖突。剩下最后一個(gè)問題：服務(wù)器如何傳遞EOF？

“斷開輸出流時(shí)向?qū)Ψ街鳈C(jī)傳輸EOF?！?/p>

當(dāng)然，調(diào)用close函數(shù)的同時(shí)關(guān)閉I/O流，這樣也會(huì)向?qū)Ψ桨l(fā)送EOF。但此時(shí)無法再接收對(duì)方傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。換言之，若調(diào)用close函數(shù)關(guān)閉流，就無法接收客戶端最后發(fā)送的字符串"Thank you"。這時(shí)需要調(diào)用shutdown函數(shù)，只關(guān)閉服務(wù)器的輸出流（半關(guān)閉）。這樣既可以發(fā)送EOF，同時(shí)又保留了輸入流，可以接收對(duì)方數(shù)據(jù)。

基于Windows的實(shí)現(xiàn)

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