大家好，我是小林。

收到一位讀者的私信，說(shuō)字節(jié)面試有這么一個(gè)問(wèn)題：服務(wù)端掛了，客戶端的 TCP 連接會(huì)發(fā)生什么？

如果「服務(wù)端掛掉」指的是「

但是，如果「服務(wù)端掛掉」指的是「

• 如果客戶端會(huì)發(fā)送數(shù)據(jù)，由于服務(wù)端已經(jīng)不存在，客戶端的數(shù)據(jù)報(bào)文會(huì)超時(shí)重傳，當(dāng)重傳次數(shù)達(dá)到一定閾值后，會(huì)斷開(kāi) TCP 連接；
• 如果客戶端一直不會(huì)發(fā)送數(shù)據(jù)，再看客戶端有沒(méi)有開(kāi)啟 TCP keepalive 機(jī)制？

如果有開(kāi)啟，客戶端在一段時(shí)間后，檢測(cè)到服務(wù)端的 TCP 連接已經(jīng)不存在，則會(huì)斷開(kāi)自身的 TCP 連接；

如果沒(méi)有開(kāi)啟，客戶端的 TCP 連接會(huì)一直存在，并不會(huì)斷開(kāi)。

上面屬于精簡(jiǎn)回答了，下面我們?cè)敿?xì)聊聊。

服務(wù)端進(jìn)程崩潰，客戶端會(huì)發(fā)生什么？

TCP 的連接信息是由內(nèi)核維護(hù)的，所以當(dāng)服務(wù)端的進(jìn)程崩潰后，內(nèi)核需要回收該進(jìn)程的所有 TCP 連接資源，于是內(nèi)核會(huì)發(fā)送第一次揮手 FIN 報(bào)文，后續(xù)的揮手過(guò)程也都是在內(nèi)核完成，并不需要進(jìn)程的參與，所以即使服務(wù)端的進(jìn)程退出了，還是能與客戶端完成 TCP四次揮手的過(guò)程。

我自己也做了實(shí)驗(yàn)，使用 kill -9 命令來(lái)模擬進(jìn)程崩潰的情況，發(fā)現(xiàn)在 kill 掉進(jìn)程后，服務(wù)端會(huì)發(fā)送 FIN 報(bào)文，與客戶端進(jìn)行四次揮手。

服務(wù)端主機(jī)宕機(jī)后，客戶端會(huì)發(fā)生什么？

當(dāng)服務(wù)端的主機(jī)突然斷電了，這種情況就是屬于服務(wù)端主機(jī)宕機(jī)了。

當(dāng)服務(wù)端的主機(jī)發(fā)生了宕機(jī)，是沒(méi)辦法和客戶端進(jìn)行四次揮手的，所以在服務(wù)端主機(jī)發(fā)生宕機(jī)的那一時(shí)刻，客戶端是沒(méi)辦法立刻感知到服務(wù)端主機(jī)宕機(jī)了，只能在后續(xù)的數(shù)據(jù)交互中來(lái)感知服務(wù)端的連接已經(jīng)不存在了。

因此，我們要分兩種情況來(lái)討論：

• 服務(wù)端主機(jī)宕機(jī)后，客戶端會(huì)發(fā)送數(shù)據(jù)；
• 服務(wù)端主機(jī)宕機(jī)后，客戶端一直不會(huì)發(fā)送數(shù)據(jù)；

服務(wù)端主機(jī)宕機(jī)后，如果客戶端會(huì)發(fā)送數(shù)據(jù)

在服務(wù)端主機(jī)宕機(jī)后，客戶端發(fā)送了數(shù)據(jù)報(bào)文，由于得不到響應(yīng)，在等待一定時(shí)長(zhǎng)后，客戶端就會(huì)觸發(fā)超時(shí)重傳機(jī)制，重傳未得到響應(yīng)的數(shù)據(jù)報(bào)文。

當(dāng)重傳次數(shù)達(dá)到達(dá)到一定閾值后，內(nèi)核就會(huì)判定出該 TCP 連接有問(wèn)題，然后通過(guò) Socket 接口告訴應(yīng)用程序該 TCP 連接出問(wèn)題了，于是客戶端的 TCP 連接就會(huì)斷開(kāi)。

那 TCP 的數(shù)據(jù)報(bào)文具體重傳幾次呢？

在 Linux 系統(tǒng)中，提供了一個(gè)叫 tcp_retries2 配置項(xiàng)，默認(rèn)值是 15，如下圖：

這個(gè)內(nèi)核參數(shù)是控制，在 TCP 連接建立的情況下，超時(shí)重傳的最大次數(shù)。

不過(guò) tcp_retries2 設(shè)置了 15 次，并不代表 TCP 超時(shí)重傳了 15 次才會(huì)通知應(yīng)用程序終止該 TCP 連接，內(nèi)核會(huì)根據(jù) tcp_retries2 設(shè)置的值，計(jì)算出一個(gè) timeout（如果 tcp_retries2 =15，那么計(jì)算得到的 timeout = 924600 ms），如果重傳間隔超過(guò)這個(gè) timeout，則認(rèn)為超過(guò)了閾值，就會(huì)停止重傳，然后就會(huì)斷開(kāi) TCP 連接。

在發(fā)生超時(shí)重傳的過(guò)程中，每一輪的超時(shí)時(shí)間（RTO）都是倍數(shù)增長(zhǎng)的，比如如果第一輪 RTO 是 200 毫秒，那么第二輪 RTO 是 400 毫秒，第三輪 RTO 是 800 毫秒，以此類推。

而 RTO 是基于 RTT（一個(gè)包的往返時(shí)間） 來(lái)計(jì)算的，如果 RTT 較大，那么計(jì)算出來(lái)的 RTO 就越大，那么經(jīng)過(guò)幾輪重傳后，很快就達(dá)到了上面的 timeout 值了。

舉個(gè)例子，如果 tcp_retries2 =15，那么計(jì)算得到的 timeout = 924600 ms，如果重傳總間隔時(shí)長(zhǎng)達(dá)到了 timeout 就會(huì)停止重傳，然后就會(huì)斷開(kāi) TCP 連接：

• 如果 RTT 比較小，那么 RTO 初始值就約等于下限 200ms，也就是第一輪的超時(shí)時(shí)間是 200 毫秒，由于 timeout 總時(shí)長(zhǎng)是 924600 ms，表現(xiàn)出來(lái)的現(xiàn)象剛好就是重傳了 15 次，超過(guò)了 timeout 值，從而斷開(kāi) TCP 連接
• 如果 RTT 比較大，假設(shè) RTO 初始值計(jì)算得到的是 1000 ms，也就是第一輪的超時(shí)時(shí)間是 1 秒，那么根本不需要重傳 15 次，重傳總間隔就會(huì)超過(guò) 924600 ms。

最小 RTO 和最大 RTO 是在 Linux 內(nèi)核中定義好了：

#define TCP_RTO_MAX ((unsigned)(120*HZ))
#define TCP_RTO_MIN ((unsigned)(HZ/5))

Linux 2.6+ 使用 1000 毫秒的 HZ，因此TCP_RTO_MIN?約為 200 毫秒，TCP_RTO_MAX約為 120 秒。

如果tcp_retries?設(shè)置為15，且  RTT 比較小，那么 RTO 初始值就約等于下限 200ms，這意味著它需要 924.6 秒才能將斷開(kāi)的 TCP 連接通知給上層（即應(yīng)用程序），每一輪的 RTO 增長(zhǎng)關(guān)系如下表格：

服務(wù)端主機(jī)宕機(jī)后，如果客戶端一直不發(fā)數(shù)據(jù)

在服務(wù)端主機(jī)發(fā)送宕機(jī)后，如果客戶端一直不發(fā)送數(shù)據(jù)，那么還得看是否開(kāi)啟了 TCP keepalive 機(jī)制 （TCP 保活機(jī)制）。

如果沒(méi)有開(kāi)啟 TCP keepalive 機(jī)制，在服務(wù)端主機(jī)發(fā)送宕機(jī)后，如果客戶端一直不發(fā)送數(shù)據(jù)，那么客戶端的 TCP 連接將一直保持存在，所以我們可以得知一個(gè)點(diǎn)，在沒(méi)有使用 TCP 保活機(jī)制，且雙方不傳輸數(shù)據(jù)的情況下，一方的 TCP 連接處在 ESTABLISHED 狀態(tài)時(shí)，并不代表另一方的 TCP 連接還一定是正常的。

而如果開(kāi)啟了 TCP keepalive 機(jī)制，在服務(wù)端主機(jī)發(fā)送宕機(jī)后，即使客戶端一直不發(fā)送數(shù)據(jù)，在持續(xù)一段時(shí)間后，TCP 就會(huì)發(fā)送探測(cè)報(bào)文，探測(cè)服務(wù)端是否存活：

• 如果對(duì)端是正常工作的。當(dāng) TCP 保活的探測(cè)報(bào)文發(fā)送給對(duì)端, 對(duì)端會(huì)正常響應(yīng)，這樣TCP 保活時(shí)間會(huì)被重置，等待下一個(gè) TCP 保活時(shí)間的到來(lái)。
• 如果對(duì)端主機(jī)崩潰，或?qū)Χ擞捎谄渌驅(qū)е聢?bào)文不可達(dá)。當(dāng) TCP 保活的探測(cè)報(bào)文發(fā)送給對(duì)端后，石沉大海，沒(méi)有響應(yīng)，連續(xù)幾次，達(dá)到保活探測(cè)次數(shù)后，TCP 會(huì)報(bào)告該 TCP 連接已經(jīng)死亡。

所以，TCP keepalive 機(jī)制可以在雙方?jīng)]有數(shù)據(jù)交互的情況，通過(guò)探測(cè)報(bào)文，來(lái)確定對(duì)方的 TCP 連接是否存活。

TCP keepalive 機(jī)制具體是怎么樣的？

TCP keepalive 機(jī)制機(jī)制的原理是這樣的：

定義一個(gè)時(shí)間段，在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)，如果沒(méi)有任何連接相關(guān)的活動(dòng)，TCP 保活機(jī)制會(huì)開(kāi)始作用，每隔一個(gè)時(shí)間間隔，發(fā)送一個(gè)探測(cè)報(bào)文，該探測(cè)報(bào)文包含的數(shù)據(jù)非常少，如果連續(xù)幾個(gè)探測(cè)報(bào)文都沒(méi)有得到響應(yīng)，則認(rèn)為當(dāng)前的 TCP 連接已經(jīng)死亡，系統(tǒng)內(nèi)核將錯(cuò)誤信息通知給上層應(yīng)用程序。

在 Linux 內(nèi)核可以有對(duì)應(yīng)的參數(shù)可以設(shè)置保活時(shí)間、保活探測(cè)的次數(shù)、保活探測(cè)的時(shí)間間隔，以下都為默認(rèn)值：

net.ipv4.tcp_keepalive_time=7200
net.ipv4.tcp_keepalive_intvl=75  
net.ipv4.tcp_keepalive_probes=9

每個(gè)參數(shù)的意思，具體如下：

• tcp_keepalive_time=7200：表示保活時(shí)間是 7200 秒（2小時(shí)），也就 2 小時(shí)內(nèi)如果沒(méi)有任何連接相關(guān)的活動(dòng)，則會(huì)啟動(dòng)保活機(jī)制
• tcp_keepalive_intvl=75：表示每次檢測(cè)間隔 75 秒；
• tcp_keepalive_probes=9：表示檢測(cè) 9 次無(wú)響應(yīng)，認(rèn)為對(duì)方是不可達(dá)的，從而中斷本次的連接。

也就是說(shuō)在 Linux 系統(tǒng)中，最少需要經(jīng)過(guò) 2 小時(shí) 11 分 15 秒才可以發(fā)現(xiàn)一個(gè)「死亡」連接。

注意，應(yīng)用程序如果想使用 TCP 保活機(jī)制，需要通過(guò) socket 接口設(shè)置 SO_KEEPALIVE 選項(xiàng)才能夠生效，如果沒(méi)有設(shè)置，那么就無(wú)法使用 TCP 保活機(jī)制。

TCP keepalive 機(jī)制探測(cè)的時(shí)間也太長(zhǎng)了吧？

對(duì)的，是有點(diǎn)長(zhǎng)。

TCP keepalive 是 TCP 層（內(nèi)核態(tài)） 實(shí)現(xiàn)的，它是給所有基于 TCP 傳輸協(xié)議的程序一個(gè)兜底的方案。

實(shí)際上，我們應(yīng)用層可以自己實(shí)現(xiàn)一套探測(cè)機(jī)制，可以在較短的時(shí)間內(nèi)，探測(cè)到對(duì)方是否存活。

比如，web 服務(wù)軟件一般都會(huì)提供 keepalive_timeout 參數(shù)，用來(lái)指定 HTTP 長(zhǎng)連接的超時(shí)時(shí)間。如果設(shè)置了 HTTP 長(zhǎng)連接的超時(shí)時(shí)間是 60 秒，web 服務(wù)軟件就會(huì)啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器，如果客戶端在完后一個(gè) HTTP 請(qǐng)求后，在 60 秒內(nèi)都沒(méi)有再發(fā)起新的請(qǐng)求，定時(shí)器的時(shí)間一到，就會(huì)觸發(fā)回調(diào)函數(shù)來(lái)釋放該連接。

總結(jié)

如果「服務(wù)端掛掉」指的是「服務(wù)端進(jìn)程崩潰」，服務(wù)端的進(jìn)程在發(fā)生崩潰的時(shí)候，內(nèi)核會(huì)發(fā)送 FIN 報(bào)文，與客戶端進(jìn)行四次揮手。

但是，如果「服務(wù)端掛掉」指的是「服務(wù)端主機(jī)宕機(jī)」，那么是不會(huì)發(fā)生四次揮手的，具體后續(xù)會(huì)發(fā)生什么？還要看客戶端會(huì)不會(huì)發(fā)送數(shù)據(jù)？

• 如果客戶端會(huì)發(fā)送數(shù)據(jù)，由于服務(wù)端已經(jīng)不存在，客戶端的數(shù)據(jù)報(bào)文會(huì)超時(shí)重傳，當(dāng)重傳總間隔時(shí)長(zhǎng)達(dá)到一定閾值（內(nèi)核會(huì)根據(jù) tcp_retries2 設(shè)置的值計(jì)算出一個(gè)閾值）后，會(huì)斷開(kāi) TCP 連接；
• 如果客戶端一直不會(huì)發(fā)送數(shù)據(jù)，再看客戶端有沒(méi)有開(kāi)啟 TCP keepalive 機(jī)制？

如果有開(kāi)啟，客戶端在一段時(shí)間沒(méi)有進(jìn)行數(shù)據(jù)交互時(shí)，會(huì)觸發(fā) TCP keepalive 機(jī)制，探測(cè)對(duì)方是否存在，如果探測(cè)到對(duì)方已經(jīng)消亡，則會(huì)斷開(kāi)自身的 TCP 連接；

如果沒(méi)有開(kāi)啟，客戶端的 TCP 連接會(huì)一直存在，并且一直保持在 ESTABLISHED 狀態(tài)。