TCP的socket编程中常见问题及注意事项

   TCP的Socket编程，要做到质量稳定可靠效率高，对市场上90%的开发人员来说，是一项难度极高的工作。笔者有多年的socket开发经验，今天主要介绍socket编程中常见问题及注意事项： 

(1) 对于可变包长，必须定义包头，并在包头中定义包的总长度

     由于socket是字节流，就像流水一样，对于传输多个包的socket数据流来说，从中间无法得知一个包的起始位置，从中间位置观察数据包的特征也是一个不靠谱的做法。因此，只能从包的第一个字节起，一个一个计算每一个包的位置。

     通常的做法是，对每一个传输的数据包，定义一个包头和包体。包头为固定长度，通常在其中定义版本号、包体的长度（或总包的长度）、以及包类型字段。包体通常是可变长度的内容。收到包的一方，解析socket数据流时，先解析固定长度的包头，从包头中得到整个包的长度，然后取得包体内容，紧接着取下一个包的包头和包体，如此循环下去，就能顺序收到每一个包。

(2) socket接收调用一次不保证收到一个完整数据包

    调用socket的接收函数时，调用一次，可能会收到一个完整的对方发来的数据包，也可能只收到1/2个数据包，也可能1.5个数据包，也可能收到任何长度的包，或收到0个字节，这些情况都可能发生，这是正常情况，不是错误。当然，由于socket是全双工的字节流，你只可能收到一个一个字节，不可能收到半个字节，或2.5个字节。原因还是在于TCP是一个字节流，无头无尾，你只能根据socket收到的字节，自己来拼装成一个一个顺序的应用层的数据包。socket无法给你一个完整的数据包，只能给你一个一个收到的字节。

    接收分为阻塞和非阻塞，默认是阻塞模式。在调用接收函数时，如果是阻塞模式，将造成程序阻塞在该函数中，长时间不响应，程序不能处理其他工作，造成用户体验差；如果是非阻塞模式，一次调用无论成功或是失败，函数立即返回，如果长时间无数据可接收，又会导致CPU为100%的问题。所以，这里一般都需要使用多线程处理，小心地处理各种正常和异常情况。

   此外，网上一般都只有讨论阻塞的情况，对非阻塞的情况下的各种返回值，哪种是正常，哪种是阻塞，哪种是已经断开，资料非常少，需要自己的测试和验证去保证质量。

(3) 同理，socket发送调用一次也不保证整个包都发送出去

    调用socket的发送函数时，调用一次，也不保证整个包发送完成。通常对于阻塞而已，只有发送完成或失败才返回；对于非阻塞类型，发送一部分就可能返回，因此，需要检查返回值，如果只发送了一部分，需要再次调用send函数，以便把剩下的数据包全部发送出去，才能发送下一个数据包。

   与接收函数的调用类似，在调用发送函数时，如果是阻塞模式，将造成程序阻塞在该函数中，长时间不响应，程序不能处理其他工作，造成用户体验差；如果是非阻塞模式，一次调用无论成功或是失败，函数立即返回，如果长时间发送不出去，又会导致CPU为100%的问题。所以，这里一般也是需要使用多线程处理，小心地处理各种正常和异常的情况。

   此外，网上一般都只有讨论阻塞的情况，对非阻塞的情况下的各种返回值，哪种是正常，哪种是阻塞，哪种是已经断开，资料非常少，需要自己的测试和验证去保证质量。

(4)  socket收发可以同时进行

  由于socket是全双工的字节流，全双工意味着接收的时候也可以同时发送，发送的时候也可以同时接收。因此，如果软件要求高性能，一般采用多线程处理，才能达到收和发同时进行的效果。

  但是，需要注意，对于SSL而言，并不是全双工的，而是单工的，意味着SSL在发送的时候不能接收，接收的时候也不能发送。因此，SSL的效率，即使不考虑加密的影响，理论效率也只是普通socket的一半，如果考虑加密等因素，效率下降的就会更明显了。

(5) 大小字节序转换

      世界上的电脑CPU分为大端法和小端法两种。通常网络传输时都采用大端对齐法。对于AIX等系统，是大端对齐；而Windows、Linux等系统则是小端对齐。对于超过一个字节的short、int、int64及相应的unsigned数据类型，都需要进行大小字节序的转换。操作系统本身提供了ntohs和ntohl对16位和32位字节的整形进行转换，但并没有提供64位的字节序转换函数，此外，也没有提供float和double类型的数据类型进行转换的函数，怎么办呢？可以参考我写的另外一篇文章《socket编程必备函数：字节序转换C++模板函数，一劳永逸地代替ntoh或hton等函数》，这篇文章中，使用一个C++模板函数对所有的数据类型的转换进行了统一，使用简单方便，一劳永逸。

总之，socket编程的难度还是非常高的，必须有相当多的积累才可能编出质量过硬的软件。如果大家觉得难度过大，或者时间精力不足以从头开始编码，建议使用第三方的socket封装库来实现，专业的事情留给专业的人来做，质量更有保证，比如waisock就是一个非常优秀的socket封装库，官网是http://waisock.szxunxun.com/ ，大家不妨试试。