初步探究java中程序退出、GC垃圾回收時，socket tcp鏈接的行爲

時間 2019-12-02

標籤初步探究 java 程序退出垃圾回收 socket tcp 鏈接行爲欄目 Java 简体版

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初步探究java中程序退出、GC垃圾回收時，socket tcp鏈接的行爲html

今天在項目開發中須要用到socket tcp鏈接相關（做爲tcp客戶端），在思考中發覺須要理清socket主動、被動關閉時發生了什麼，因此作了一番實驗，驗證socket tcp鏈接在調用close、被GC回收、程序運行完畢退出、程序進程被殺掉時，tcp會產生什麼行爲。得出了一些結論，記錄於此同時分享給你們。java

先寫出獲得的結論：windows

java程序運行完畢退出和被殺進程時，socket tcp鏈接會被關閉。並且是經過發送RST方式關閉tcp，不是四次揮手方式關閉tcp，不會進入TIME_WAIT狀態。（通常在關閉異常鏈接時，使用發出RST復位標誌的方式）
在socket對象被GC回收時，socket的close()方法會被調用，此時將使用四次揮手方式關閉主動tcp鏈接，隨後進入一段時間的TIME_WAIT狀態。主動調用socket的close()方法效果相同。
在使用new Socket(host,port)建立socket對象後，便會創建起tcp鏈接。

以上結論是我的測試獲得的，若是有出入歡迎指正。服務器

PS：下方是new Socket(host,port)構造方法的代碼，結合上面結論第3條，可見在構造方法中第40行進行了一些業務邏輯。聯想到前段時間普遍傳播的《阿里巴巴JAVA開發手冊.pdf》文檔，其中有這樣一條：網絡

11.【強制】構造方法裏面禁止加入任何業務邏輯，若是有初始化邏輯，請放在 init 方法中。 app

可見這個規則也不是到處適用的（至少此處jdk中Socket的構造方法就與這條規則相悖），在使用時考慮到團隊協做、符合習慣等時考慮遵照這條規則。jvm

 1     /**
 2      * Creates a stream socket and connects it to the specified port
 3      * number on the named host.
 4      * <p>
 5      * If the specified host is {@code null} it is the equivalent of
 6      * specifying the address as
 7      * {@link java.net.InetAddress#getByName InetAddress.getByName}{@code (null)}.
 8      * In other words, it is equivalent to specifying an address of the
 9      * loopback interface. </p>
10      * <p>
11      * If the application has specified a server socket factory, that
12      * factory's {@code createSocketImpl} method is called to create
13      * the actual socket implementation. Otherwise a "plain" socket is created.
14      * <p>
15      * If there is a security manager, its
16      * {@code checkConnect} method is called
17      * with the host address and {@code port}
18      * as its arguments. This could result in a SecurityException.
19      *
20      * @param      host   the host name, or {@code null} for the loopback address.
21      * @param      port   the port number.
22      *
23      * @exception  UnknownHostException if the IP address of
24      * the host could not be determined.
25      *
26      * @exception  IOException  if an I/O error occurs when creating the socket.
27      * @exception  SecurityException  if a security manager exists and its
28      *             {@code checkConnect} method doesn't allow the operation.
29      * @exception  IllegalArgumentException if the port parameter is outside
30      *             the specified range of valid port values, which is between
31      *             0 and 65535, inclusive.
32      * @see        java.net.Socket#setSocketImplFactory(java.net.SocketImplFactory)
33      * @see        java.net.SocketImpl
34      * @see        java.net.SocketImplFactory#createSocketImpl()
35      * @see        SecurityManager#checkConnect
36      */
37     public Socket(String host, int port)
38         throws UnknownHostException, IOException
39     {
40         this(host != null ? new InetSocketAddress(host, port) :
41              new InetSocketAddress(InetAddress.getByName(null), port),
42              (SocketAddress) null, true);
43     }

驗證時，使用的工具：socket

windows cmd命令行，「netstat -ano|findstr 9911」命令（9911是我測試時鏈接的對方服務器端口），用以查看tcp鏈接狀況，包括tcp是否存在，以及處於TIME_WAIT、ESTABLISHED或者別的狀態；
wireshark，抓包詳細查看tcp中傳輸的數據包；
JProfiler，java性能分析工具，我在使用時和IDEA作了集成，這裏用它的主要目的是手動觸發GC，以及驗證是否進行了GC。

具體驗證過程：tcp

使用如下測試代碼ide

 1     public static void main(String[] args) throws Exception {
 2         main2();
 3         System.out.println("調用結束");
 4         Thread.sleep(15000);
 5         System.out.println("退出程序");
 6 
 7     }
 8 
 9     public static void main2() throws Exception {
10 
11         System.out.println("啓動");
12         Thread.sleep(5000);
13         System.out.println("建立socket對象");
14         Socket socket = new Socket("123.56.113.123", 9911);
15         System.out.println("socket.isConnected() = " + socket.isConnected());
16         System.out.println("socket.isClosed() = " + socket.isClosed());
17         Thread.sleep(5000);
18         System.out.println("獲取輸出流");
19         OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
20         System.out.println("socket.isConnected() = " + socket.isConnected());
21         System.out.println("socket.isClosed() = " + socket.isClosed());
22         System.out.println("即將退出");
23 //        socket.shutdownOutput();
24         Thread.sleep(5000);
25         System.out.println("退出");
26 
27     }

爲了方便在執行不一樣的操做之間，進行手動的tcp鏈接狀況查詢，代碼中加了一些sleep()。

測試方案1，程序正常執行，不手動GC，不殺進程：

在14行以前，沒有建立tcp鏈接；
14行建立了Socket對象以後，tcp鏈接就已經創建了，此時socket.isConnected()爲true，socket.isClosed()爲false；
19行執行時，沒有發現tcp中有任何數據傳輸，說明獲取輸出流是不須要網絡層的動做的；
19行以後，程序退出以前，tcp一直是ESTABLISHED狀態（前提是這期間沒有發生過GC）；
程序退出後，tcp鏈接立刻消失（沒有進入TIME_WAIT狀態），經過抓包查看是主動發出了RST（發出RST reset復位標誌，通常是關閉異常tcp鏈接的方法）。

如下wireshark抓包的截圖中序號爲1-4的包，是上述過程產生的。

測試方案2，tcp鏈接創建以後，程序退出前，殺掉進程：

和方案1中的效果相同，上圖中5-8號包是方案2產生的。殺掉進程時，會主動發出RST關閉tcp鏈接。

測試方案3，tcp鏈接創建後，GC回收socket對象：

觸發GC的方法，是使用JProfiler的Run GC按鈕，觸發GC，以下圖，內存變化說明確實進行了GC。

具體測試的設計，socket對象是main2方法中的局部變量，在main2執行結束後即可以被回收。

在測試中，第二、3行代碼執行完以後，我點擊Run GC按鈕，預計socket對象會被回收。

此時用「netstat -ano|findstr 9911」命令查看，以下圖，tcp已經由ESTABLISHED狀態變爲TIME_WAIT狀態。

直到程序結束退出，仍然是TIME_WAIT狀態。（正常狀況下，TIME_WAIT狀態會持續MSL時間的2倍，即報文最大生存時間的2倍，Windows下默認爲4分鐘）

實際上，在GC時會調用socket的close()方法，致使主動關閉tcp，進入TIME_WAIT狀態。參考

java - If the jvm gc an unclosed socket instance what would happen to the underlying tcp connection? - Stack Overflow
https://stackoverflow.com/questions/25543149/if-the-jvm-gc-an-unclosed-socket-instance-what-would-happen-to-the-underlying-tc

在Socket的成員變量中有SocketImpl類型的變量impl，impl實例化的實現類都是直接或間接繼承java.net.AbstractPlainSocketImpl的，AbstractPlainSocketImpl中有以下方法：

1     /**
2      * Cleans up if the user forgets to close it.
3      */
4     protected void finalize() throws IOException {
5         close();
6     }