Question

到底什么是Socket？

Answer 1

本系列文章前面那些主要讲解的是计算机网络的理论基础，但对于即时通讯IM这方面的应用层开发者来说，跟计算机网络打道的其实是各种API接口。

本篇文章就来聊一下网络应用程序员最熟悉的Socket这个东西，抛开生涩的计算机网络理论，从应用层的角度来理解到底什么是Socket。

对于 Socket 的认识，本文将从以下几个方面着手介绍：

1） Socket 是什么；

2） Socket 是如何创建的；

3） Socket 是如何连接的；

4） Socket 是如何收发数据的；

5） Socket 是如何断开连接的；

6） Socket 套接字的删除等。

特别说明： 本文中提到的“Socket”、“网络套接字”、“套接字”，如无特殊指明，指的都是同一个东西哦。

Socket 是什么

一个数据包经由应用程序产生，进入到协议栈中进行各种报文头的包装，然后操作系统调用网卡驱动程序指挥硬件，把数据发送到对端主机。

我们大家知道，协议栈其实是位于操作系统中的一些协议的堆叠，这些协议包括 TCP、UDP、ARP、ICMP、IP等。即时通讯开发可以找蔚可云开发。

通常某个协议的设计都是为了解决特定问题的，比如：

1） TCP 的设计就负责安全可靠的传输数据；

2） UDP 设计就是报文小，传输效率高；

3） ARP 的设计是能够通过 IP 地址查询物理（Mac）地址；

4） ICMP 的设计目的是返回错误报文给主机；

5） IP 设计的目的是为了实现大规模主机的互联互通。

应用程序比如浏览器、电子邮件、文件传输服务器等产生的数据，会通过传输层协议进行传输。而应用程序是不会和传输层直接建立联系的，而是有一个能够连接应用层和传输层之间的套件，这个套件就是 Socket 。

应用程序的下面： 就是操作系统内部，操作系统内部包括协议栈，协议栈是一系列协议的堆叠。

操作系统下面： 就是网卡驱动程序，网卡驱动程序负责控制网卡硬件，驱动程序驱动网卡硬件完成收发工作。

在操作系统内部有一块用于存放控制信息的存储空间，这块存储空间记录了用于控制通信的控制信息。其实这些控制信息就是 Socket 的实体，或者说存放控制信息的内存空间就是Socket的实体。

这里大家有可能不太清楚所以然，所以我用了一下 netstat 命令来给大伙看一下Socket是啥玩意。

Socket 是如何创建的

通过上节的讲解，现在你可能对 Socket 有了一个基本的认识，先喝口水，休息一下，让我们继续探究 Socket。

现在我有个问题， Socket 是如何创建的呢？

Socket 是和应用程序一起创建的。

应用程序中有一个 socket 组件，在应用程序启动时，会调用 socket 申请创建Socket，协议栈会根据应用程序的申请创建Socket：首先分配一个Socket所需的内存空间，这一步相当于是为控制信息准备一个容器，但只有容器并没有实际作用，所以你还需要向容器中放入控制信息；如果你不申请创建Socket所需要的内存空间，你创建的控制信息也没有地方存放，所以分配内存空间，放入控制信息缺一不可。至此Socket的创建就已经完成了。

Socket创建完成后，会返回一个Socket描述符给应用程序，这个描述符相当于是区分不同Socket的号码牌。根据这个描述符，应用程序在委托协议栈收发数据时就需要提供这个描述符。

Socket 是如何连接的

Socket创建完成后，最终还是为数据收发服务的。但是，在数据收发之前，还需要进行一步“连接”（术语就是 connect），建立连接有一整套过程。

实际上这个“连接”是应用程序通过 TCP/IP 协议标准从一个主机通过网络介质传输到另一个主机的过程。

Socket刚刚创建完成后，还没有数据，也不知道通信对象。

在这种状态下： 即使你让客户端应用程序委托协议栈发送数据，它也不知道发送到哪里。所以浏览器需要根据网址来查询服务器的 IP 地址，查询到目标主机后，再把目标主机的 IP 告诉协议栈。至此，客户端这边就准备好了。

在服务器上： 与客户端一样也需要创建Socket，但是同样的它也不知道通信对象是谁，所以我们需要让客户端向服务器告知客户端的必要信息： IP 地址和端口号 。

现在通信双方建立连接的必要信息已经具备，可以开始“连接”过程了。

首先： 客户端应用程序需要调用 Socket 库中的connect方法，提供 socket 描述符和服务器 IP 地址、端口号。

以下是connect的伪码调用：

1connect(<描述符>、<服务器IP地址和端口号>)

这些信息会传递给协议栈中的 TCP 模块，TCP 模块会对请求报文进行封装，再传递给 IP 模块，进行 IP 报文头的封装，然后传递给物理层，进行帧头封装。

之后通过网络介质传递给服务器，服务器上会对帧头、IP 模块、TCP 模块的报文头进行解析，从而找到对应的Socket。

Socket收到请求后，会写入相应的信息，并且把状态改为正在连接。

请求过程完成后： 服务器的 TCP 模块会返回响应，这个过程和客户端是一样的

Socket 是如何收发数据的

当控制流程上节中的连接过程回到应用程序之后，接下来就会直接进入数据收发阶段。

数据收发操作是从应用程序调用 write 将要发送的数据交给协议栈开始的，协议栈收到数据之后执行发送操作。

协议栈不会关心应用程序传输过来的是什么数据，因为这些数据最终都会转换为二进制序列，协议栈在收到数据之后并不会马上把数据发送出去，而是会将数据放在发送缓冲区，再等待应用程序发送下一条数据。

为什么收到数据包不会直接发送出去，而是放在缓冲区中呢？

因为只要一旦收到数据就会发送，就有可能发送大量的小数据包，导致网络效率下降（所以协议栈需要将数据积攒到一定数量才能将其发送出去）。

至于协议栈会向缓冲区放多少数据，这个不同版本和种类的操作系统有不同的说法。