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6. Socket

约 2529 字大约 8 分钟

2026-04-14

Socket 简介

Socket 类其实相当于一个 socket fd 的封装器，它把底层的套接字文件描述符和一组常用的 socket 操作封装到一起，让上层代码不用直接到处写 bind、listen、accept、shutdown、setsockopt 这些系统调用。

在 TCP 网络编程中，socket 是最底层的通信句柄。

Socket 类做的事情就是：

  • 持有一个 sockfd
  • 提供绑定地址、监听、接受连接、关闭写端等接口
  • 提供常见 socket 选项设置接口
  • 在析构时自动关闭 fd，避免资源泄漏

可以把它理解为：

  • fd：真正干活的套接字
  • Socket：套接字的封装壳子，负责把常用操作组织起来
PlantUML Diagram

Socket 类重要的成员变量

1. 重要成员

  • const int sockfd_：这个 Socket 对象所管理的文件描述符。
    它就是底层真正的 socket fd，后面的 bind()、listen()、accept()、shutdown() 等操作都围绕它展开。
Socket.h
private:
    const int sockfd_;

提示

为什么要用 const int？

因为一个 Socket 创建之后，它对应的 fd 通常不应该被随意改掉。这能让“一个 Socket 对应一个 fd”的关系更清晰，也更安全。

Socket 类重要的成员方法

1. 构造 / 析构

Socket.h
explicit Socket(int sockfd)
    : sockfd_(sockfd)
{
}
~Socket();

构造函数非常简单，只是把传进来的 sockfd 保存到成员变量里。

explicit 可以防止编译器把一个 int 隐式转换成 Socket 对象，避免误用。

析构函数的作用

析构时调用 close(sockfd_)，把 socket fd 关闭掉。

这是一种典型的 RAII 思想：对象活着，资源就存在；对象销毁，资源自动释放。

1. fd()

Socket.h
int fd() const { return sockfd_; }

这个函数用于返回 Socket 管理的 fd。

上层如果想把这个 socket 交给 Channel、Poller 或其他模块，就可以通过 fd() 拿到真正的文件描述符。

2. bindAddress(const InetAddress &localaddr)

Socket.h
void bindAddress(const InetAddress &localaddr);

这个函数的作用是把 socket 绑定到指定的本地地址和端口上。

bind() 告诉内核：这个 socket 要使用哪个 IP 和端口来提供服务。

提示

服务器启动时，把监听 socket 绑定到本地地址，例如 0.0.0.0:8888，失败时怎么办？

如果 bind() 失败，直接打印 fatal 日志。这通常意味着地址被占用、权限不足或者传入地址有问题。

3. listen()

Socket.h
void listen();

这个函数把 socket 变成监听 socket。

调用 listen() 之后，这个 socket 就不再只是普通 socket，而是开始等待客户端连接请求。

提示

监听队列长度 1024

这里的 1024 是 backlog，表示内核为这个监听 socket 维护的连接等待队列长度上限。

4. accept(InetAddress *peeraddr)

Socket.h
int accept(InetAddress *peeraddr);

这个函数用于从监听 socket 上接收一个新连接。

它做了什么

  • 调用 accept4() 接收客户端连接；
  • 得到新的连接 fd connfd；
  • 把对端地址写到 peeraddr；
  • 返回这个新连接 fd。

提示

为什么用 accept4()？

因为它可以在接收连接的同时直接设置：

SOCK_NONBLOCK：非阻塞 SOCK_CLOEXEC：exec 时自动关闭

这样能减少后续再调用 fcntl() 设置属性的步骤。

提示

为什么返回 int connfd？

因为新连接和监听 socket 是两个不同的 fd。 监听 socket 继续负责接新连接，而 connfd 交给后续 Channel、TcpConnection 继续管理。

6. shutdownWrite()

Socket.h
void shutdownWrite();

这个函数用于关闭 socket 的写方向。

shutdown(sockfd_, SHUT_WR) 表示：

我这边不再发送数据了，但还可以继续接收对方发来的数据。

常见场景：TCP 连接半关闭，服务端发送完最后一批数据后，优雅关闭写端。

7. setTcpNoDelay(bool on)

Socket.h
void setTcpNoDelay(bool on);

这个函数用于设置是否禁用 Nagle 算法。

  • on = true：禁用 Nagle 算法，小包尽快发送
  • on = false：启用 Nagle 算法，可能会合并小包发送

提示

为什么常常要禁用？

在低延迟场景下，禁用 Nagle 可以减少延迟。 例如实时通信、RPC、交互式应用等。

8. setReuseAddr(bool on)

Socket.h
void setReuseAddr(bool on);

这个函数用于设置端口复用。

允许 socket 绑定到一个已经被占用或处于 TIME_WAIT 状态的地址端口，常用于服务重启场景。

常见用途：服务器重启后快速重新绑定同一端口，避免 TIME_WAIT 导致无法立即启动

9. setReusePort(bool on)

Socket.h
void setReusePort(bool on);

这个函数用于设置端口共享。

允许多个 socket 绑定同一个地址和端口，内核可以帮助它们分担连接负载。

常见用途：多线程 / 多进程网络服务器，负载均衡监听连接

10. setKeepAlive(bool on)

Socket.h
void setKeepAlive(bool on);

这个函数用于开启 TCP keepalive。

当连接长期没有数据时，内核会定期发送探测包，用于检测对端是否还活着。

常见用途：长连接，需要检测死连接的场景

Socket 和上层模块的关系

可以这样理解：

  • Socket 负责底层 socket 系统调用；
  • Channel 负责监听 socket 上是否有事件；
  • EventLoop / Poller 负责把事件挂到内核并分发；
  • Acceptor、TcpConnection 等上层模块则在此基础上完成服务器逻辑。

Socket 的整体工作流程

1. 创建 socket

Socket sockfd(fd);

把底层 fd 封装起来。

2. 配置 socket

通常会设置：

  • setReuseAddr(true)
  • setReusePort(true)
  • setTcpNoDelay(true)
  • setKeepAlive(true)

3. 绑定和监听

服务器启动时：

  • sock.bindAddress(addr);
  • sock.listen();

这样就能开始接收客户端连接。

4. 接收连接

当监听 socket 可读时：int connfd = sock.accept(&peerAddr);

得到一个新的连接 fd，后续交给 Channel 和 TcpConnection 处理。

5. 关闭写端或关闭连接

需要半关闭写方向时调用：sock.shutdownWrite();

对象销毁时自动关闭 fd。

总结

Socket 的核心职责

  • 封装一个 socket fd
  • 提供常用系统调用接口
  • 负责资源生命周期管理
  • 作为上层网络模块的底层基础

Socket 是对底层 socket fd 的轻量封装，负责把 bind、listen、accept、shutdown 和常用 socket 选项统一管理起来。

Socket 源码

Socket.h
#pragma once

#include "noncopyable.h"

class InetAddress;

// 封装socket fd
class Socket : noncopyable
{
public:
    explicit Socket(int sockfd)
        : sockfd_(sockfd)
    {
    }
    ~Socket();

    int fd() const { return sockfd_; }
    void bindAddress(const InetAddress &localaddr);
    void listen();
    int accept(InetAddress *peeraddr);

    void shutdownWrite();

    void setTcpNoDelay(bool on);
    void setReuseAddr(bool on);
    void setReusePort(bool on);
    void setKeepAlive(bool on);

private:
    const int sockfd_;
};