Java套接字Socket程式設計--TCP參數

在Java的Socket中，主要包含了以下可設定的TCP參數。

屬性

說明

預設值

SO_TIMEOUT

對ServerSocket來說表示等待連接配接的最長空等待時間; 對Socket來說表示讀資料最長空等待時間。

TCP_NODELAY

是否一有資料就馬上發送。

false

SO_LINGER

優雅地關閉套接字，或者立刻關閉。

-1

SO_SNDBUF

發送資料的緩沖區大小。

8K

SO_RCVBUF

接收資料的緩沖區大小。

SO_KEEPALIVE

是否啟用心跳機制。

SO_REUSEADDR

是否位址重用。

BACKLOG

服務端處理線程全忙後，允許多少個新請求進入等待。

50

BACKLOG用于構造服務端套接字ServerSocket對象，辨別當伺服器請求處理線程全滿時，用于臨時存放已完成三次握手的請求的隊列的最大長度。如果未設定或所設定的值小于1，Java将使用預設值50。

ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080, 100);       

在TCP/IP協定中，無論發送多少資料，總是要在資料前面加上協定頭，同時，對方接收到資料，也需要發送ACK表示确認。為了盡可能的利用網絡帶寬，TCP總是希望盡可能的發送足夠大的資料。這裡就涉及到一個名為Nagle的算法，該算法的目的就是為了盡可能發送大塊資料，避免網絡中充斥着許多小資料塊。

TCP_NODELAY選項，就是用于啟用或關于Nagle算法。如果要求高實時性，有資料發送時就馬上發送，就将該選項設定為true關閉Nagle算法；如果要減少發送次數減少網絡互動，就設定為false等累積一定大小後再發送。預設為false。

Socket中操作該屬性的方法如下：

void setTcpNoDelay(boolean on)

          啟用/禁用 TCP_NODELAY（啟用/禁用 Nagle 算法）。          

boolean getTcpNoDelay()

          測試是否啟用 TCP_NODELAY。

關于Nagle算法介紹，請參考附錄部分。

對于服務端套接字ServerSocket來說，SO_TIMEOUT表示服務端accept方法空等待用戶端連接配接的最長時間；對于用戶端套接字Socket來說，SO_TIMEOUT表示輸入流讀取資料read方法的最長等待時間。一旦超過設定的SO_TIMEOUT，程度将抛出逾時異常。

ServerSocket/Socket中操作該屬性的方法如下：

int getSoTimeout()

          傳回 SO_TIMEOUT 的設定。

void setSoTimeout(int timeout)

          啟用/禁用帶有指定逾時值的 SO_TIMEOUT，以毫秒為機關。

使用示例：

ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080);       

serverSocket.setSoTimeout(30000);

Socket clientSocket = serverSocket.accept();

clientSocket.setSoTimeout(20000);

當調用closesocket關閉套接字時，SO_LINGER将決定系統如何處理殘存在套接字發送隊列中的資料。處理方式無非兩種：丢棄或者将資料繼續發送至對端，優雅關閉連接配接。事實上，SO_LINGER并不被推薦使用，大多數情況下我們推薦使用預設的關閉方式（即下方表格中的第一種情況）。

下方代碼段顯示linger結構文法，表格為不同參數情況下的套接字行為。

typedef struct linger { 

  u_short l_onoff;    //開關，零或者非零 

  u_short l_linger;   //優雅關閉最長時限 

} linger;

各字段與對應行為如下表所示。

l_onoff

l_linger

closesocket行為

發送隊列

底層行為

零

忽略

立即傳回。

保持直至發送完成。

系統接管套接字并保證将資料發送至對端。

非零

立即放棄。

直接發送RST包，自身立即複位，不用經過2MSL狀态。對端收到複位錯誤号。

阻塞直到l_linger時間逾時或資料發送完成。(套接字必須設定為阻塞)

在逾時時間段内保持嘗試發送，若逾時則立即放棄。

逾時則同第二種情況，若發送完成則皆大歡喜。

void setSoLinger(boolean on, int linger)

          啟用/禁用具有指定逗留時間（以秒為機關）的SO_LINGER。 Linger最大取值為65535。

int getSoLinger()

          傳回 SO_LINGER 的設定。預設值為-1。

由于getSoLinger()方法傳回的-1沒有太多意思，我們檢視到Java的預設實作PlainSocketImpl.c檔案中，指派操作代碼片段如下所示。

/*

 * Class:     java_net_PlainSocketImpl

 * Method:    socketSetOption

 * Signature: (IZLjava/lang/Object;)V

 */

JNIEXPORT void JNICALL

Java_java_net_PlainSocketImpl_socketSetOption(JNIEnv *env, jobject this,

                                              jint cmd, jboolean on,

                                              jobject value) {

    …

    switch (cmd) {

        case java_net_SocketOptions_SO_SNDBUF :

        case java_net_SocketOptions_SO_RCVBUF :

        case java_net_SocketOptions_SO_LINGER :

        case java_net_SocketOptions_IP_TOS :

            {

                …

                if (cmd == java_net_SocketOptions_SO_LINGER) {

                    if (on) {

                        optval.ling.l_onoff = 1;

                        optval.ling.l_linger = (*env)->GetIntField(env, value, fid);

                    } else {

                        optval.ling.l_onoff = 0;

                        optval.ling.l_linger = 0;

                    }

                    optlen = sizeof(optval.ling);

                } else {

                    optval.i = (*env)->GetIntField(env, value, fid);

                    optlen = sizeof(optval.i);

                }

                break;

            }

        /* Boolean -> int */

        default :

            optval.i = (on ? 1 : 0);

            optlen = sizeof(optval.i);

    }

…

}

從藍色字型部分代碼可以看出，隻要指派為false，則底層linger結構中的l_onoff和l_linger的值均為0，符合表中的第一種情況。

發送緩沖區的大小設定，預設為8K。

void setSendBufferSize(int size)

     将此 Socket 的 SO_SNDBUF 選項設定為指定的值。

int getSendBufferSize()

     擷取此 Socket 的 SO_SNDBUF 選項的值，該值是平台在 Socket 上輸出時使用的緩沖區大小。

接收緩沖區大小設定，預設為8K。該屬性既可以在ServerSocket執行個體中設定，也可以在Socket執行個體中設定。

void setReceiveBufferSize(int size)

     将此 Socket 的 SO_RCVBUF 選項設定為指定的值。          

int getReceiveBufferSize()

     擷取此 Socket 的 SO_RCVBUF 選項的值，該值是平台在 Socket 上輸入時使用的緩沖區大小。

套接字本身是有一套心跳保活機制的，不過預設的設定并不像我們一廂情願的那樣有效。在雙方TCP套接字建立連接配接後（即都進入ESTABLISHED狀态）并且在兩個小時左右上層沒有任何資料傳輸的情況下，這套機制才會被激活。

很多人認為兩個小時的時間設定得很不合理。為什麼不設定成為10分鐘，或者更短的時間？（可以通過SO_KEEPALIVE選項設定。）但是這樣做其實并不被推薦。實際上這套機制隻是作業系統底層使用的一個被動機制，原理上不應該被上層應用層使用。當系統關閉一個由KEEPALIVE機制檢查出來的死連接配接時，是不會主動通知上層應用的，隻有在調用相應的IO操作在傳回值中檢查出來。

在《UNIX網絡程式設計第1卷》中也有詳細的闡述：

SO_KEEPALIVE 保持連接配接檢測對方主機是否崩潰，避免（伺服器）永遠阻塞于TCP連接配接的輸入。設定該選項後，如果2小時内在此套接口的任一方向都沒有資料交換，TCP就自動給對方 發一個保持存活探測分節(keepalive probe)。這是一個對方必須響應的TCP分節.它會導緻以下三種情況：對方接收一切正常：以期望的ACK響應。2小時後，TCP将發出另一個探測分節。對方已崩潰且已重新啟動：以RST響應。套接口的待處理錯誤被置為ECONNRESET，套接口本身則被關閉。對方無任何響應：源自berkeley的TCP發送另外8個探測分節，相隔75秒一個，試圖得到一個響應。在發出第一個探測分節11分鐘 15秒後若仍無響應就放棄。套接口的待處理錯誤被置為ETIMEOUT，套接口本身則被關閉。如ICMP錯誤是“host unreachable(主機不可達)”，說明對方主機并沒有崩潰，但是不可達，這種情況下待處理錯誤被置為 EHOSTUNREACH。

是以，忘記SO_KEEPALIVE，在應用層自己寫一套保活機制比較靠譜。

boolean getKeepAlive()

      測試是否啟用 SO_KEEPALIVE。

void setKeepAlive(boolean on)

      啟用/禁用 SO_KEEPALIVE。

    是否重用處于TIME_WAIT狀态的位址。預設為false。

boolean getReuseAddress()

      測試是否啟用 SO_REUSEADDR。

void setReuseAddress(boolean on)

      啟用/禁用 SO_REUSEADDR 套接字選項。

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