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什么是socket？

Socket 是在應(yīng)用層和傳輸層之間的一個(gè)抽象層，它把 TCP/IP 層復(fù)雜的操作抽象為幾個(gè)簡(jiǎn)單的接口，供應(yīng)用層調(diào)用實(shí)現(xiàn)進(jìn)程在網(wǎng)絡(luò)中的通信。Socket 起源于 UNIX，在 UNIX 一切皆文件的思想下，進(jìn)程間通信就被冠名為文件描述符（file descriptor），Socket 是一種“打開—讀/寫—關(guān)閉”模式的實(shí)現(xiàn)，服務(wù)器和客戶端各自維護(hù)一個(gè)“文件”，在建立連接打開后，可以向文件寫入內(nèi)容供對(duì)方讀取或者讀取對(duì)方內(nèi)容，通訊結(jié)束時(shí)關(guān)閉文件。

如圖為Socket所在位置：

Socket 通信過(guò)程

Socket 保證了不同計(jì)算機(jī)之間的通信，也就是網(wǎng)絡(luò)通信。對(duì)于網(wǎng)站，通信模型是服務(wù)器與客戶端之間的通信。兩端都建立了一個(gè) Socket 對(duì)象，然后通過(guò) Socket 對(duì)象對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。通常服務(wù)器處于一個(gè)無(wú)限循環(huán)，等待客戶端的連接。

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下圖是面向連接的 TCP 時(shí)序圖：

客戶端過(guò)程：

客戶端的過(guò)程比較簡(jiǎn)單，創(chuàng)建 Socket，連接服務(wù)器，將 Socket 與遠(yuǎn)程主機(jī)連接（注意：只有 TCP 才有“連接”的概念，一些 Socket 比如 UDP、ICMP 和 ARP 沒(méi)有“連接”的概念），發(fā)送數(shù)據(jù)，讀取響應(yīng)數(shù)據(jù)，直到數(shù)據(jù)交換完畢，關(guān)閉連接，結(jié)束 TCP 對(duì)話。

這里也可用 send() 方法：不同在于 sendall() 在返回前會(huì)嘗試發(fā)送所有數(shù)據(jù)，并且成功時(shí)返回 None，而 send()則返回發(fā)送的字節(jié)數(shù)量，失敗時(shí)都拋出異常。

服務(wù)端過(guò)程：

咱再來(lái)聊聊服務(wù)端的過(guò)程，服務(wù)端先初始化 Socket，建立流式套接字，與本機(jī)地址及端口進(jìn)行綁定，然后通知 TCP，準(zhǔn)備好接收連接，調(diào)用 accept() 阻塞，等待來(lái)自客戶端的連接。如果這時(shí)客戶端與服務(wù)器建立了連接，客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求，服務(wù)器接收請(qǐng)求并處理請(qǐng)求，然后把響應(yīng)數(shù)據(jù)發(fā)送給客戶端，客戶端讀取數(shù)據(jù)，直到數(shù)據(jù)交換完畢。最后關(guān)閉連接，交互結(jié)束。

調(diào)用 accept() 時(shí)，Socket 會(huì)進(jìn)入waiting狀態(tài)。客戶端請(qǐng)求連接時(shí)，方法建立連接并返回服務(wù)器。accept() 返回一個(gè)含有兩個(gè)元素的元組 (conn, addr)。第一個(gè)元素 conn 是新的 Socket 對(duì)象，服務(wù)器必須通過(guò)它與客戶端通信；第二個(gè)元素 addr 是客戶端的 IP 地址及端口。data = conn.recv(1024)

接下來(lái)是處理階段，服務(wù)器和客戶端通過(guò) send() 和 recv() 通信（傳輸數(shù)據(jù)）。

服務(wù)器調(diào)用 send()，并采用字符串形式向客戶端發(fā)送信息，send() 返回已發(fā)送的字符個(gè)數(shù)。

服務(wù)器調(diào)用 recv() 從客戶端接收信息。調(diào)用 recv() 時(shí)，服務(wù)器必須指定一個(gè)整數(shù)，它對(duì)應(yīng)于可通過(guò)本次方法調(diào)用來(lái)接收的最大數(shù)據(jù)量。recv() 在接收數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)進(jìn)入blocked狀態(tài)，最后返回一個(gè)字符串，用它表示收到的數(shù)據(jù)。如果發(fā)送的數(shù)據(jù)量超過(guò)了 recv() 所允許的，數(shù)據(jù)會(huì)被截短。多余的數(shù)據(jù)將緩沖于接收端，以后調(diào)用 recv() 時(shí)，會(huì)繼續(xù)讀剩余的字節(jié)，如果有多余的數(shù)據(jù)會(huì)從緩沖區(qū)刪除（以及自上次調(diào)用 recv() 以來(lái)，客戶端可能發(fā)送的其它任何數(shù)據(jù)）。傳輸結(jié)束，服務(wù)器調(diào)用 Socket 的 close() 關(guān)閉連接。

從 TCP 連接的視角看 Socket 過(guò)程：

TCP 三次握手的 Socket 過(guò)程：

1、服務(wù)器調(diào)用 socket()、bind()、listen() 完成初始化后，調(diào)用 accept() 阻塞等待；

2、客戶端 Socket 對(duì)象調(diào)用 connect() 向服務(wù)器發(fā)送了一個(gè) SYN 并阻塞；

3、服務(wù)器完成了第一次握手，即發(fā)送 SYN 和 ACK 應(yīng)答；

4、客戶端收到服務(wù)端發(fā)送的應(yīng)答之后，從 connect() 返回，再發(fā)送一個(gè) ACK 給服務(wù)器；

5、服務(wù)器 Socket 對(duì)象接收客戶端第三次握手 ACK 確認(rèn)，此時(shí)服務(wù)端從 accept() 返回，建立連接。

接下來(lái)就是兩個(gè)端的連接對(duì)象互相收發(fā)數(shù)據(jù)。

TCP 四次揮手的 Socket 過(guò)程：

1、某個(gè)應(yīng)用進(jìn)程調(diào)用 close() 主動(dòng)關(guān)閉，發(fā)送一個(gè) FIN；

2、另一端接收到 FIN 后被動(dòng)執(zhí)行關(guān)閉，并發(fā)送 ACK 確認(rèn)；

3、之后被動(dòng)執(zhí)行關(guān)閉的應(yīng)用進(jìn)程調(diào)用 close() 關(guān)閉 Socket，并也發(fā)送一個(gè) FIN；

4、接收到這個(gè) FIN 的一端向另一端 ACK 確認(rèn)。

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