本篇博客将讨论如何优雅地断开相互连接的套接字。之前的方法不够优雅是因为，我们是调用 close 函数单方面断开连接的。

基于 TCP 的半关闭

TCP 的断开连接过程比建立连接过程更重要，因为连接过程中一般不会出现大的变数，但断开过程有可能发生预想不到的情况，因此应准确掌控。只有掌握了下面要讲解的半关闭（Half-close），才能明确断开过程。

单方面断开连接带来的问题

Linux 的 close 函数意味着完全断开连接。完全断开不仅指无法传输数据，而且也不能接收数据。因此，在某些情况下，通信一方调用 close 函数断开连接就显得不太优雅。如下图。

上图描述的是 2 台主机正在进行双向通信。主机 A 发送完最后的数据后，调用 close 函数断开了连接，之后主机 A 无法再接收主机 B 传输的数据。实际上，是完全无法调用与接收数据相关的函数。最终，由主机 B 传输的、主机 A 必须接收的数据也销毁了。

为了解决这类问题，“只关闭一部分数据交换中使用的流”（Half-close）的方法应运而生。断开一部分连接是指，可以传输数据但无法接收，或可以接收数据但无法传输。顾名思义就是只关闭流的一半。

套接字和流（Stream）

两台主机通过套接字建立连接后进入可交换数据的状态，又称“流形成的状态”。也就是把建立套接字后可交换数据的状态看作一种流。

此处的流可以比作水流。水朝着一个方向流动，同样，在套接字的流中，数据也只能向一个方向移动。因此，为了进行双向通信，需要下图所示的 2 个流。

一旦两台主机间建立了套接字连接，每个主机就会拥有单独的输出流和输入流。当然，其中一个主机的输入流与另一个主机的输出流相连，而输出流则与另一主机的输入流相连。另外，本篇博客所讨论的“优雅地断开连接方式”只断开其中 1 个流，而非同时断开两个流。 Linux 的 close 函数将同时断开这两个流，因此与“优雅”二字还有一段距离。

针对优雅断开的 shutdown 函数

接下来介绍用于半关闭的函数。下面这个 shutdown 函数就用来关闭其中 1 个流。

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#include <sys/socket.h>

int shutdown(int sock, int howto);
// 成功时返回 0，失败时返回 -1。
  • sock: 需要断开的套接字文件描述符。
  • howti: 传递断开方式信息。

调用上述函数时，第二个参数决定断开连接的方式，其可能值如下所示。

  1. SHUT_RD: 断开输入流。
  2. SHUT_WR: 断开输出流。
  3. SHUT_RDWR: 同时断开 I/O 流。

若向 shutdown 的第二个参数传递 SHUT_RD，则断开输人流，套接字无法接收数据。即使输入缓冲收到数据也会抹去，而且无法调用输人相关函数。如果向 shutdown 函数的第二个参数传递 SHUT_WR，则中断输出流，也就无法传输数据。但如果输出缓冲还留有未传输的数据，则将传递至目标主机。最后，若传人 SHUT_RDWR，则同时中断 I/O 流。这相当于分 2 次调用 shutdown，其中一次以 SHUT_RD 为参数，另一次以 SHUT_WR 为参数。

为何需要半关闭

相信各位已对“关闭套接字的一半连接”有了充分的认识，但还有一些疑惑。

究竟为什么需要半关闭？是否只要留出足够长的连接时间，保证完成数据交换即可？只要不急于断开连接，好像也没必要使用半关闭。

这句话也不完全是错的。如果保持足够的时间间隔，完成数据交换后再断开连接，这时就没必要使用半关闭。但要考虑如下情况：

  • 一旦客户端连接到服务器端，服务器端将约定的文件传给客户端，客户端收到后发送字符串 “Thank you” 给服务器端。

此处字符串 “Thank you” 的传递实际是多余的，这只是用来模拟客户端断开连接前还有数据需要传递的情况。此时程序实现的难度并不小，因为传输文件的服务器端只需连续传输文件数据即可，而客户端则无法知道需要接收数据到何时。客户端也没办法无休止地调用输入函数，因为这有可能导致程序阻塞（调用的函数未返回）。

  • 是否可以让服务器端和客户端约定一个代表文件尾的字符？

这种方式也有问题，因为这意味着文件中不能有与约定字符相同的内容。为解决该问题，服务器端应最后向客户端传递 EOF 表示文件传输结束。客户端通过函数返回值接收 EOF，这样可以避免与文件内容冲突。剩下最后一个问题：服务器如何传递 EOF ？

  • 断开输出流时向对方主机传输 EOF。

当然，调用 close 函数的同时关闭 I/O 流，这样也会向对方发送 EOF。但此时无法再接收对方传输的数据。换言之，若调用 close 函数关闭流，就无法接收客户端最后发送的字符串 “Thank you”。这时需要调用 shutdown 函数，只关闭服务器的输出流（半关闭）。这样既可以发送 EOF，同时又保留了输人流，可以接收对方数据。

下面结合已学内容[实现收发文件的服务器端/客户端]。

基于半关闭的文件传输程序

上述文件传输服务器端和客户端的数据流可整理如下图，下面将根据此图编写示例。希望大家通过此例理解传递 EOF 的必要性和半关闭的重要性。

首先介绍服务器端。这里的示例代码省略了错误处理部分，实际编程中不应省略。

服务器端代码

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客户端代码

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