高性能网络编程1----accept建立连接

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回到应用层，往往只需要调用类似于accept的API就可以建立TCP连接。建立连接的流程大家都了解--三次握手，它如何与accept交互呢？下面以一个不太精确却通俗易懂的图来说明之：



研究过backlog含义的朋友都很容易理解上图。这两个队列是内核实现的，当服务器绑定、监听了某个端口后，这个端口的SYN队列和ACCEPT队列就建立好了。客户端使用connect向服务器发起TCP连接，当图中1.1步骤客户端的SYN包到达了服务器后，内核会把这一信息放到SYN队列（即未完成握手队列）中，同时回一个SYN+ACK包给客户端。一段时间后，在较中2.1步骤中客户端再次发来了针对服务器SYN包的ACK网络分组时，内核会把连接从SYN队列中取出，再把这个连接放到ACCEPT队列（即已完成握手队列）中。而服务器在第3步调用accept时，其实就是直接从ACCEPT队列中取出已经建立成功的连接套接字而已。

现有我们可以来讨论应用层组件：为何有的应用服务器进程中，会单独使用1个线程，只调用accept方法来建立连接，例如tomcat；有的应用服务器进程中，却用1个线程做所有的事，包括accept获取新连接。

原因在于：首先，SYN队列和ACCEPT队列都不是无限长度的，它们的长度限制与调用listen监听某个地址端口时传递的backlog参数有关。既然队列长度是一个值，那么，队列会满吗？当然会，如果上图中第1步执行的速度大于第2步执行的速度，SYN队列就会不断增大直到队列满；如果第2步执行的速度远大于第3步执行的速度，ACCEPT队列同样会达到上限。第1、2步不是应用程序可控的，但第3步却是应用程序的行为，假设进程中调用accept获取新连接的代码段长期得不到执行，例如获取不到锁、IO阻塞等。

那么，这两个队列满了后，新的请求到达了又将发生什么？

若SYN队列满，则会直接丢弃请求，即新的SYN网络分组会被丢弃；如果ACCEPT队列满，则不会导致放弃连接，也不会把连接从SYN列队中移出，这会加剧SYN队列的增长alt。所以，对应用服务器来说，如果ACCEPT队列中有已经建立好的TCP连接，却没有及时的把它取出来，这样，一旦导致两个队列满了后，就会使客户端不能再建立新连接，引发严重问题。

所以，如TOMCAT等服务器会使用独立的线程，只做accept获取连接这一件事，以防止不能及时的去accept获取连接。

那么，为什么如Nginx等一些服务器，在一个线程内做accept的同时，还会做其他IO等操作呢？

这里就带出阻塞和非阻塞的概念。应用程序可以把listen时设置的套接字设为非阻塞模式（默认为阻塞模式），这两种模式会导致accept方法有不同的行为。对阻塞套接字，accept行为如下图：



这幅图中可以看到，阻塞套接字上使用accept，第一个阶段是等待ACCEPT队列不为空的阶段，它耗时不定，由客户端是否向自己发起了TCP请求而定，可能会耗时很长。 对非阻塞套接字，accept会有两种返回，如下图：



由 /article/6745940.html 可知，无论是阻塞还是非阻塞都是同步的，因为都要阻塞在从内核考到应用程序的过程上。

非阻塞套接字上的accept，不存在等待ACCEPT队列不为空的阶段，它要么返回成功并拿到建立好的连接，要么返回失败。

所以，企业级的服务器进程中，若某一线程既使用accept获取新连接，又继续在这个连接上读、写字符流，那么，这个连接对应的套接字通常要设为非阻塞。原因如上图，调用accept时不会长期占用所属线程的CPU时间片，使得线程能够及时的做其他工作。