【C++高并发服务器WebServer】-13：多线程服务器开发
本文目录
- 一、多线程服务器开发
- 二、TCP状态转换
- 三、端口复用
一、多线程服务器开发
服务端代码如下。
#include 客户端代码如下：
// TCP通信的客户端
#include 运行下面代码可以看到效果如图：
二、TCP状态转换
主动断开连接的一方，最后进入一个TIME_WAIT状态，这个状态是定时经过两个报文段寿命（2MSL，Maximum Segment Lifetime）之后才会结束。
这里需要搞清楚一个点，假设客户端主动断开连接，当客户端发送FIN报文之后，服务端回一个ACK，然后客户端会进入FIN_WAIT_2状态，这个时候服务端可以继续向客户端发送数据，直到发送完该发送的数据之后，才会向客户端发送FIN报文，然后客户端会进入TIME_WAIT状态，从而经过2MSL断开。
这也就是为什么是四次挥手，而不是像三次握手一样，把ACK和FIN结合起来从而整体变成三次挥手。三次握手的时候是因为双方都希望能够建立连接，所以ACK和SYN可以结合。但是断开连接可能会有某一方“不愿意”，还有需要发送的一个数据。可以理解成单方面的概念。
2MSL是为了保证安全和可靠性，因为有可能客户端回的最后一个ACK可能服务端会没收到，如果客户端立马断开，那么服务端会没断开，那么结束的状态是不完整的。没有接收到ACK，那么服务端会再次发送一个FIN，然后客户端再发一次ACK。
2MSL就是确保另外一方能够接收到ACK。Linux中msl一般是30s。
当 TCP 连接主动关闭方接收到被动关闭方发送的 FIN 和最终的 ACK后，连接的主动关闭方必须处于TIME_WAIT 状态并持续 2MSL 时间。这样就能够让 TCP 连接的主动关闭方在它发送的 ACK 丢失的情况下重新发送最终的 ACK。主动关闭方重新发送的最终 ACK 并不是因为被动关闭方重传了 ACK(它们并不消耗序列号被动关闭方也不会重传)，而是因为被动关闭方重传了它的FIN。事实上，被动关闭方总是重传 FIN 直到它收到一个最终的 ACK。
有些程序就是有单方向发送的需求，所以可以用半关闭状态。
当 TCP 链接中A 向B发送 FIN 请求关闭，另一端 B 回应 ACK 之后(A 端进入 FIN WAIT 2状态)，并没有立即发送 FIN 给 A，A方处于半连接状态(半开关)，此时A可以接收B发送的数据，但是 A已经不能再向B发送数据。
可以通过API来实现半连接半关闭状态。
#include sockfd: 需要关闭的socket的描述符。
how: 允许为shutdown操作选择以下几种方式：
SHUT_RD(0)： 关闭sockfd上的读功能，此选项将不允许sockfd进行读操作。该套接字不再接收数据，任何当前在套接字接受缓冲区的数据将被无声的丢弃掉。
SHUT_WR(1): 关闭sockfd的写功能，此选项将不允许sockfd进行写操作。进程不能在对此套接字发出写操作。
SHUT_RDWR(2):关闭sockfd的读写功能。相当于调用shutdown两次：首先是以SHUT_RD，然后是SHUT_WR。
使用 close 中止一个连接，但它只是减少描述符的引用计数，并不直接关闭连接，只有当描述符的引用计数为0时才关闭连接。shutdown 不考虑描述符的引用计数，直接关闭描述符。也可选择中止一个方向的连接，只中止读或只中止写。（在使用 fork 时，子进程会继承父进程的文件描述符，因此需要在父子进程中分别关闭不需要的文件描述符，以避免资源泄漏。）
如果有多个进程共享一个套接字，close 每被调用一次，计数减1，直到计数为0时，也就是所用进程都调用了 close，套接字将被释放。
在多进程中如果一个进程调用了 shutdown(sfd,SHUT_RDWR)后，其它的进程将无法进行通信。但如果一个进程 close(sfd)将不会影响到其它进程。
三、端口复用
在Linux中，有一些查看网络相关信息的命令。
netstat:
netstat -a :显示所有的socket
netstat -p :显示正在使用socket的程序的名称
netstat -n :直接使用IP地址，而不通过域名服务器
netstat -t :显示TCP的socket
netstat -u :显示UDP的socket
首先运行下面的server 代码。
#include 下面是client代码。
#include 查看对应的端口占用情况，可以看到是server程序正在占用9999端口。
然后再运行客户端，再查看一次情况，可以看到下面的情况，有两个server。一个server是用来监听的，一个server是用来通信的（也就是状态是Established的）。
当我们主动断开服务器之后，再查看一次状态，可以看到服务器的状态还在，但是不会显示server，状态是FIN_WAIT2。并且client的状态变成了Close_WAIT。
然后再过一段时间，服务端的信息也会没有了。
那么继续刚刚的过程，运行server和client，然后退出server，再立即启动server，会发现显示端口已占用，此时查看netstat情况，会发现处于FIN_WAIT_2的一个状态。
如果继续退出client，这个时候server会从FIN_WAIT_2变成TIME_WAIT状态，然后等待2msl就会退出。
这个时候就需要进行端口复用的设置，把server端中的下面两行代码的注释取消，然后再进行尝试，就可以发现不会显示端口绑定了。
端口复用就是为了解决防止程序服务器突然重启时，之前绑定的端口还没有释放，或者程序突然退出但是没有释放端口。
int optval = 1;
setsockopt(lfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &optval, sizeof(optval));
int optval = 1;
setsockopt(lfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEPORT, &optval, sizeof(optval));
来看看下面这个函数的作用。
#include setsockopt 函数用于设置套接字的选项，它允许程序员对套接字的行为进行细粒度的控制。通过指定文件描述符 sockfd，可以针对特定的套接字进行操作。level 参数指定了选项所在的协议级别，例如 SOL_SOCKET 表示在套接字层面上的选项，这通常用于设置通用的套接字行为，如端口复用等。optname 参数指定了要设置的具体选项名称，比如 SO_REUSEADDR 或 SO_REUSEPORT，这些选项分别用于控制地址和端口的复用行为，允许在某些情况下多个套接字绑定到同一个地址和端口，这对于提高服务器的并发处理能力和快速重启服务非常有用。
optval 参数是一个指向值的指针，它指定了选项的具体值，通常是一个整型值，例如 1 表示启用某个选项（如允许复用），而 0 表示禁用该选项。optlen 参数则指定了 optval 参数所指向的值的大小，这在某些情况下用于确保数据的正确传递和解析。通过这些参数的组合，setsockopt 函数能够灵活地调整套接字的行为，以满足应用程序在不同场景下的需求，比如在开发高性能网络服务器时，合理设置这些选项可以显著提升系统的性能和可靠性。
具体可以看看UNIX网络编程这本书对端口复用的解释。
