Socket超时机制

1 socket连接建立超时

  socket连接建立是基于TCP的连接建立过程。TCP的连接需要通过3次握手报文来完成，开始建立TCP连接时需要发送同步SYN报文，然后等待确认报文SYN+ACK，最后再发送确认报文ACK。TCP连接的关闭通过4次挥手来完成，主动关闭TCP连接的一方发送FIN报文，等待对方的确认报文；被动关闭的一方也发送FIN报文，然等待确认报文。

 

  正在等待TCP连接请求的一端有一个固定长度的连接队列，该队列中的连接已经被TCP接受（即三次握手已经完成），但还没有被应用层所接受。TCP接受一个连接是将其放入这个连接队列，而应用层接受连接是将其从该队列中移出。应用层可以通过设置backlog变量来指明该连接队列的最大长度，即已被TCP接受而等待应用层接受的最大连接数。

  当一个连接请求SYN到达时，TCP确定是否接受这个连接。如果队列中还有空间，TCP模块将对SYN进行确认并完成连接的建立。但应用层只有在三次握手中的第三个报文收到后才会知道这个新连接。如果队列没有空间，TCP将不理会收到的SYN。

  如果应用层不能及时接受已被TCP接受的连接，这些连接可能占满整个连接队列，新的连接请求可能不被响应而会超时。如果一个连接请求SYN发送后，一段时间后没有收到确认SYN+ACK，TCP会重传这个连接请求SYN两次，每次重传的时间间隔加倍，在规定的时间内仍没有收到SYN+ACK，TCP将放弃这个连接请求，连接建立就超时了。

  JAVA Socket连接建立超时和TCP是相同的，如果TCP建立连接时三次握手超时，那么导致Socket连接建立也就超时了。可以设置Socket连接建立的超时时间-

connect(SocketAddress endpoint, int timeout)

如果在timeout内，连接没有建立成功，在TimeoutException异常被抛出。如果timeout的值小于三次握手的时间，那么Socket连接永远也不会建立。

  不同的应用层有不同的连接建立过程，Socket的连接建立和TCP一样-仅仅需要三次握手就完成连接，但有些应用程序需要交互很多信息后才能成功建立连接，比如Telnet协议，在TCP三次握手完成后，需要进行选项协商之后，Telnet连接才建立完成。

2 socket读超时

  如果输入缓冲队列RecvQ中没有数据，read操作会一直阻塞而挂起线程，直到有新的数据到来或者有异常产生。调用setSoTimeout(int timeout)可以设置超时时间，如果到了超时时间仍没有数据，read会抛出一个SocketTimeoutException，程序需要捕获这个异常，但是当前的socket连接仍然是有效的。

  如果对方进程崩溃、对方机器突然重启、网络断开，本端的read会一直阻塞下去，这时设置超时时间是非常重要的，否则调用read的线程会一直挂起。

  TCP模块把接收到的数据放入RecvQ中，直到应用层调用输入流的read方法来读取。如果RecvQ队列被填满了，这时TCP会根据滑动窗口机制通知对方不要继续发送数据，本端停止接收从对端发送来的数据，直到接收者应用程序调用输入流的read方法后腾出了空间。

3 socket写超时

  socket的写超时是基于TCP的超时重传。超时重传是TCP保证数据可靠性传输的一个重要机制，其原理是在发送一个数据报文后就开启一个计时器，在一定时间内如果没有得到发送报文的确认ACK，那么就重新发送报文。如果重新发送多次之后，仍没有确认报文，就发送一个复位报文RST，然后关闭TCP连接。首次数据报文发送与复位报文传输之间的时间差大约为9分钟，也就是说如果9分钟内没有得到确认报文，就关闭连接。但是这个值是根据不同的TCP协议栈实现而不同。

  如果发送端调用write持续地写出数据，直到SendQ队列被填满。如果在SendQ队列已满时调用write方法，则write将被阻塞，直到SendQ有新的空闲空间为止，也就是说直到一些字节传输到了接收者套接字的RecvQ中。如果此时RecvQ队列也已经被填满，所有操作都将停止，直到接收端调用read方法将一些字节传输到应用程序。

  当Socket的write发送数据时，如果网线断开、对端进程崩溃或者对端机器重启动，TCP模块会重传数据，最后超时而关闭连接。下次如再调用write会导致一个异常而退出。

  Socket写超时是基于TCP协议栈的超时重传机制，一般不需要设置write的超时时间，也没有提供这种方法。