絮叨
數據庫
講解CS通訊以前，先大體瞭解一下咱們平時手機通話的流程。語音信號通過脈衝採樣變成數字信號，經過手機GSM模塊發送無線信號至基站進入無線接入網，根據對方手機號查詢數據庫後經過骨幹路由器轉入核心網，一連串中轉以後發送到對端所屬的小區，找一條空閒線路接通對方。服務器
網絡通訊相似，可是也有不一樣，電話信號只能維持一條鏈接，而一個服務端能夠維持多條鏈接，像雙十一淘寶OceanBase就達到了一千萬QPS的併發量。微信
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基礎知識併發
瞭解APP通訊首先要了解socket的含義。Socket是一種進程通訊方式，可用於多主機之間的通訊，IP地址（對應主機）和端口（對應進程）就肯定了一個socket，相似於電話的插座。下面咱們來實現一個基礎網絡示例：客戶端從標準輸入讀取文本，發送給服務器；服務器接收後原文返回給客戶端，客戶端輸出到標準輸出。socket
注：標準輸入STDIN位於 /dev/stdin ,通常爲鍵盤輸入，fd爲0；標準輸出STDOUT位於/dev/stdout，通常爲終端顯示器，fd爲1；標準錯誤 STDERR位於/dev/stderr，fd爲2。tcp
TCP客戶/服務端程序基本流程以下：函數
服務端處理流程ui
服務端程序以下：url
#include<sys/socket.h> /* basic socket definitions */int main(int argc, char **argv){ int listenfd,connfd; pid_t childpid; socklen_t clilen; struct sockaddr_incliaddr, servaddr;
listenfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM,0); //建立套接字，監聽端口
bzero(&servaddr, sizeof(servaddr)); servaddr.sin_family = AF_INET; servaddr.sin_addr.s_addr =htonl(INADDR_ANY); servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
Bind(listenfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)); //綁定本機地址
Listen(listenfd, LISTENQ); //監聽
for ( ; ; ) { clilen = sizeof(cliaddr); connfd = Accept(listenfd, (structsockaddr *) &cliaddr, &clilen); //阻塞等待客戶端SYN報文
if ( (childpid = Fork()) == 0) { /* fork一個子進程專門處理接入的客戶端 */ Close(listenfd); /* 子進程關閉監聽端口 */ str_echo(connfd); /* 子進程發送請求 */ exit(0); } Close(connfd); /* 父進程關閉鏈接端口 */ }}
下面分析一下服務端狀態機流程：
服務端建立一個監聽套接字並綁定本機知名端口（如80、8080http端口），本機地址設置爲INADDR_ANY是爲了任何本地接口的鏈接都接收，通常爲多網卡的場景。以後服務端阻塞在accpt調用，使用fork爲每一個客戶端專門分配一個子進程，父進程繼續監聽接入的客戶端。
對於已鏈接的客戶端，使用str_echo讀入客戶端發送過來的數據，並直接返回回去。
void str_echo(intsockfd){ ssize_t n; char buf[MAXLINE];
again: while ( (n = read(sockfd, buf, MAXLINE))> 0) //從標準輸入讀取數據 Writen(sockfd, buf, n); //發送至服務端 // while循環退出說明接收到FIN包，客戶端完成了數據發送 if (n < 0 && errno == EINTR) goto again; //被信號打斷，繼續讀取 else if (n < 0) err_sys("str_echo: readerror"); //遇到其餘錯誤結束運行}
客戶端處理流程
下面給出客戶端處理狀態機（省略部分socket異常處理）：
#include<sys/socket.h>int main(int argc, char **argv){ int i,sockfd[5]; struct sockaddr_inservaddr;
if (argc != 2) err_quit("usage: tcpcli <IPaddress>");
for (i = 0; i < 5; i++) { sockfd[i] = Socket(AF_INET,SOCK_STREAM, 0); //建立套接字
bzero(&servaddr,sizeof(servaddr)); servaddr.sin_family = AF_INET; servaddr.sin_port =htons(SERV_PORT); inet_pton(AF_INET, argv[1], &servaddr.sin_addr);
Connect(sockfd[i], (SA *)&servaddr, sizeof(servaddr)); //鏈接服務器 }
str_cli(stdin, sockfd[0]); /* 客戶端數據讀寫操做 */
exit(0);}
str_cli處理邏輯以下：
void str_cli(FILE* fp, int sockfd){ charsendline[MAXLINE],recvline[MAXLINE];
while (fgets(sendline, MAXLINE, fp) !=NULL) { //從fp讀入數據
Writen(sockfd, sendline,strlen(sendline)); //發送給服務器
if (Readline(sockfd, recvline,MAXLINE) == 0) //接收服務器發送過來的數據 err_quit("str_cli:server terminated prematurely"); //若是爲0，說明服務端已關閉鏈接
fputs(recvline, stdout); //將接收到的數據輸出到終端 } //文件讀取結束時fgets返回NULL，while退出}
運行客戶端/服務端程序
服務器啓動後，在客戶端鏈接以前，使用netstat -a檢查主機監聽套接字狀態以下：
Proto Local Address Foreign Address StateTCP *:9877 *:* LISTEN
來啓動客戶端並指定服務器地址127.0.0.1（本地環回地址），客戶端在connect函數中完成TCP三次握手流程，以後服務端從accept中返回，一條數據通道創建。
服務端這邊握手流程較爲複雜，用簡圖表示以下：
鏈接創建後，客戶端阻塞於fgets等待接收鍵盤輸入，服務端進程從accept返回後調用fork建立一個子進程專門負責這條鏈接，父進程繼續阻塞在accept上監聽新客戶端的到來。此時，三個進程都阻塞：客戶端進程、服務器父進程、服務器子進程。
注1：一個程序不等於一個進程，像淘寶，除了主進程進行各類數據處理外，還有push進程做爲維持客戶端和服務器的長鏈接通訊，用於發送心跳包和推送消息。
注2：創建鏈接時，客戶端阻塞在connect上，收到服務器的SYN/ACK報文即返回，而服務器須要收到ACK報文才返回，兩邊阻塞時間差了半個RTT。
使用netstat -a觀察如今鏈接狀況：
Proto Local Address Foreign Address StateTCP localhost:9877 localhost:47512 ESTABLISHED //服務器TCP localhost:47512 localhost:9877 ESTABLISHED //客戶端TCP *:9877 *:* LISTEN //服務器父進程
能夠看到雙方socket已處於ESTABLISHED狀態，接下來客戶端能夠和服務器進行數據收發。當客戶端輸入EOF字符（按下Control+Z表示終止輸入）時，fgets返回空指針，客戶端數據處理函數str_cli返回，客戶端main函數調用exit終止進程。進程終止會關閉全部打開的文件描述符，所以客戶端會發送FIN報文給服務器，服務器子進程迴應ACK後也調用exit函數關閉文件描述符，發送FIN報文。
這裏除了經過TCP四次揮手正常終止鏈接，還能夠發送信號kill -9 pid終止進程。信號的處理後續剖析~
上述程序對服務器主機崩潰、主機重啓、主機關機及客戶端主機崩潰等異常狀況都作了保護，這也是咱們平時寫須要注意程序健壯性的地方。
本文分享自微信公衆號 - 機械猿（on_ourway）。
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