一个 TCP 连接需要经过三次握手进入数据传输阶段,最后来到连接关闭阶段。在最后的连接关闭阶段,我们需要重点关注的是“半连接”状态。

客户端到服务器端的方向,指的是客户端通过套接字接口,向服务器端发送 TCP 报文;而服务器端到客户端方向则是另一个传输方向。在绝大多数情况下,TCP 连接都是先关闭一个方向,此时另外一个方向还是可以正常进行数据传输。

close 函数

最常见的 close 函数:

int close(int sockfd)

这个函数很简单,对已连接的套接字执行 close 操作就可以,若成功则为 0,若出错则为 -1。

这个函数会对套接字引用计数减一,一旦发现套接字引用计数到 0,就会对套接字进行彻底释放,并且会关闭 TCP 两个方向的数据流。

套接字引用计数是什么意思呢?因为套接字可以被多个进程共享,你可以理解为我们给每个套接字都设置了一个积分,如果我们通过 fork 的方式产生子进程,套接字就会积分 +1, 如果我们调用一次 close 函数,套接字积分就会 -1。这就是套接字引用计数的含义。

close 函数具体是如何关闭两个方向的数据流呢?

在输入方向,系统内核会将该套接字设置为不可读,任何读操作都会返回异常。

在输出方向,系统内核尝试将发送缓冲区的数据发送给对端,并最后向对端发送一个 FIN 报文,接下来如果再对该套接字进行写操作会返回异常。

如果对端没有检测到套接字已关闭,还继续发送报文,就会收到一个 RST 报文,告诉对端:“Hi, 我已经关闭了,别再给我发数据了。”

close 函数并不能帮助我们关闭连接的一个方向,那么如何在需要的时候关闭一个方向呢?幸运的是,设计 TCP 协议的人帮我们想好了解决方案,这就是 shutdown 函数。

shutdown 函数

shutdown 函数的原型是这样的:

int shutdown(int sockfd, int howto)

对已连接的套接字执行 shutdown 操作,若成功则为 0,若出错则为 -1。

howto 是这个函数的设置选项,它的设置有三个主要选项:

  • SHUT_RD(0):关闭连接的“读”这个方向,对该套接字进行读操作直接返回 EOF。从数据角度来看,套接字上接收缓冲区已有的数据将被丢弃,如果再有新的数据流到达,会对数据进行 ACK,然后悄悄地丢弃。也就是说,对端还是会接收到 ACK,在这种情况下根本不知道数据已经被丢弃了。
  • SHUT_WR(1):关闭连接的“写”这个方向,这就是常被称为“半关闭”的连接。此时,不管套接字引用计数的值是多少,都会直接关闭连接的写方向。套接字上发送缓冲区已有的数据将被立即发送出去,并发送一个 FIN 报文给对端。应用程序如果对该套接字进行写操作会报错。
  • SHUT_RDWR(2):相当于 SHUT_RD 和 SHUT_WR 操作各一次,关闭套接字的读和写两个方向。

 close 和 shutdown 的差别

第一个差别:close 会关闭连接,并释放所有连接对应的资源,而 shutdown 并不会释放掉套接字和所有的资源。

第二个差别:close 存在引用计数的概念,并不一定导致该套接字不可用;shutdown 则不管引用计数,直接使得该套接字不可用,如果有别的进程企图使用该套接字,将会受到影响。

第三个差别:close 的引用计数导致不一定会发出 FIN 结束报文,而 shutdown 则总是会发出 FIN 结束报文,这在我们打算关闭连接通知对端的时候,是非常重要的。

TCP关闭连接的方式_tcp

使用 close 函数关闭连接有两个需要明确的地方。

  • close 函数只是把套接字引用计数减 1,未必会立即关闭连接;
  • close 函数如果在套接字引用计数达到 0 时,立即终止读和写两个方向的数据传送。

基于这两点,在期望关闭连接其中一个方向时,应该使用 shutdown 函数。