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07.优雅地断开套接字连接-创新互联

优雅地断开套接字连接

本章将讨论如何优雅地断开相互连接的套接字。之前用的方法不够优雅是因为,我们是调用close或closesocket函数单方面断开连接的。

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TCP中的断开连接过程比建立连接过程更重要,因为连接过程中一般不会出现大的变数,但断开过程有可能发生预想不到的情况,因此应准确掌控。只有掌握了下面要讲解的半关闭(Half-close),才能明确断开过程。

单方面断开连接带来的问题

Linux的close函数和Windows的closesocket函数意味着完全断开连接。完全断开不仅指无法传输数据,而且也不能接收数据。因此,在某些情况下,通信一方调用close或closesocket函数断开连接就显得不太优雅,如图7-1所示。

在这里插入图片描述

图7-1描述的是2台主机正在进行双向通信。主机A发送完最后的数据后,调用close函数断开了连接,之后主机A无法再接收主机B传输的数据。实际上,是完全无法调用与接收数据相关的函数。最终,由主机B传输的、主机A必须接收的数据也销毁了。

为了解决这类问题,“只关闭一部分数据交换中使用的流”(Half-close)的方法应运而生。断开一部分连接是指,可以传输数据但无法接收,或可以接收数据但无法传输。顾名思义就是只关闭流的一半。

套接字和流(Stream)

两台主机通过套接字建立连接后进入可交换数据的状态,又称“流形成的状态”。也就是把建立套接字后可交换数据的状态看作一种流。

此处的流可以比作水流。水朝着一个方向流动,同样,在套接字的流中,数据也只能向一个方向移动。因此,为了进行双向通信,需要如图7-2所示的2个流。

在这里插入图片描述

一旦两台主机间建立了套接字连接,每个主机就会拥有单独的输入流和输出流。当然,其中一个主机的输入流与另一主机的输出流相连,而输出流则与另一主机的输入流相连。另外,本章讨论的“优雅地断开连接方式”只断开其中1个流,而非同时断开两个流。Linux的close和Windows 的closesocket函数将同时断开这两个流,因此与"优雅"二字还有一段距离。

针对优雅断开的shutdown函数

接下来介绍用于半关闭的函数。下面这个shutdown函数就用来关闭其中1个流。

#includeint shutdown(int sock, int howto);
// 成功时返回0,失败时返回-1。
// sock         需要断开的套接字文件描述符。
// howto        传递断开方式信息。

调用上述函数时,第二个参数决定断开连接的方式,其可能值如下所示。

  • SHUT_RD:断开输入流。
  • SHUT_WR:断开输出流。
  • SHUT_RDWR:同时断开I/O流。

若向shutdown的第二个参数传递SHUT_RD,则断开输入流,套接字无法接收数据。即使输入缓冲收到数据也会抹去,而且无法调用输入相关函数。如果向shutdown函数的第二个参数传递SHUT_WR,则中断输出流,也就无法传输数据。但如果输出缓冲还留有未传输的数据,则将传递至目标主机。最后,若传入SHUT_RDWR,则同时中断I/O流。这相当于分2次调用shutdown,其中一次以SHUT_RD为参数,另一次以SHUT_WR为参数。

为何需要半关闭

相信各位已对"关闭套接字的一半连接"有了充分的认识,但还有一些疑惑。

“究竟为什么需要半关闭?是否只要留出足够长的连接时间,保证完成数据交换即可?只要不急于断开连接,好像也没必要使用半关闭。"

这句话也不完全是错的。如果保持足够的时间间隔,完成数据交换后再断开连接,这时就没必要使用半关闭。但要考虑如下情况:

"一旦客户端连接到服务器端,服务器端将约定的文件传给客户端,客户端收到后发送字符串‘Thank you’给服务器端。”

此处字符串"Thank you"的传递实际是多余的,这只是用来模拟客户端断开连接前还有数据需要传递的情况。此时程序实现的难度并不小,因为传输文件的服务器端只需连续传输文件数据即可,而客户端则无法知道需要接收数据到何时。客户端也没办法无休止地调用输入函数,因为这有可能导致程序阻塞(调用的函数未返回)。

“是否可以让服务器端和客户端约定一个代表文件尾的字符?”

这种方式也有问题,因为这意味着文件中不能有与约定字符相同的内容。为解决该问题,服务器端应最后向客户端传递EOF表示文件传输结束。客户端通过函数返回值接收EOF,这样可以避免与文件内容冲突。剩下最后一个问题:服务器如何传递EOF?

“断开输出流时向对方主机传输EOF。”

当然,调用close函数的同时关闭I/O流,这样也会向对方发送EOF。但此时无法再接收对方传输的数据。换言之,若调用close函数关闭流,就无法接收客户端最后发送的字符串"Thank you"。这时需要调用shutdown函数,只关闭服务器的输出流(半关闭)。这样既可以发送EOF,同时又保留了输入流,可以接收对方数据。

基于Windows的实现

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