Socket 是对 Linux 系统 socket 文件描述符（fd）的 C++ 封装，专门用来管理 “监听 fd” 和 “连接 fd”，提供一套方便、安全、面向对象的接口。

Socket.h

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#pragma once

#include "noncopyable.h"

class InetAddress;

class Socket : noncopyable
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private:
    const int sockfd_;
  • socket文件描述符
  • const保证一个 Socket 对象，只对应一个 fd，改不了
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explicit Socket(int sockfd) : sockfd_(sockfd) {}
~Socket();

int fd() const { return sockfd_; }
void shutdownWrite();

  • const 成员变量只能在初始化列表赋值，不能在函数体内赋值。

  • 不加explicit可能会发生的事：本想传 Socket，结果误传了个 int，还编译通过

    • void func(Socket sock) { // 操作 sock }
    • func(100); // 编译通过不加 explicit，可以直接传 int 进去
    • func(Socket(100));编译器偷偷做了这件事

  • void shutdownWrite();优雅关闭写端，发送 FIN 包，不直接 close

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void bindAddress(const InetAddress& localAddr);
void listen();
int accept(InetAddress* peerAddr);

封装bind()、listen()、accept()`相关函数。

为什么bindAddress(const InetAddress& localAddr)传const &？

  • bind 只需要读取 IP 和端口，不会修改地址。

  • 安全上：引用不能为空

    • const T& 一定合法，不可能是空
    • 指针可能是 nullptr，还要判断，麻烦又不安全

  • C++ 优先用 const & 传递只读对象

为什么accept(InetAddress* peerAddr)传指针？

  • 要把客户端地址写出去，属于输出型参数。

  • accept 获取客户端地址 是可选的！

    • 有时候我只想拿 connfd，不关心客户端 IP
    • 指针可以传 nullptr 表示 “我不要地址”
    • 引用不能为 null，必须传一个合法对象
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void setTcpNoDelay(bool on);    // 关闭Nagle算法 → 低延迟
void setReuseAddr(bool on);    // 地址复用 → 解决重启报错
void setReusePort(bool on);     // 端口复用 → 多核负载均衡
void setKeepAlive(bool on);     // TCP 保活 → 防止死连接

Socket 属性配置

Socket.cc

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#include "Socket.h"
#include "InetAddress.h"
#include "Logger.h"

#include <errno.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/tcp.h> //TCP套接字选项（例：TCP_NODELAY...）
#include <unistd.h>
#include <strings.h>

Socket::~Socket()
{
    ::close(sockfd_);
}

析构中关闭文件描述符

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void Socket::bindAddress(const InetAddress& localAddr)
{
    if(0 != ::bind(sockfd_, (sockaddr*)localAddr.getSockAddr(), sizeof(sockaddr_in)))
    {
        LOG_FATAL("bind socket : {} failed, errno : {}", sockfd_, errno);
    }
}

  • getSockAddr() 返回的是 sockaddr_in*需强转为bind所需的sockaddr*类型。

  • muduo设计的日志库打印FATAL级别日志会自动捕捉errno，但我们实现的日志库没有，所以我们自行打印一下errno。

  • 为什么是 sizeof(sockaddr_in)？
    因为我们用的是 IPv4，真实结构体大小就是 sockaddr_in，不能用别的，写死最安全。

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void Socket::listen()
{
    if(0 != ::listen(sockfd_, 1024))
    {
        LOG_FATAL("listen socket : {} failed, errno : {}", sockfd_, errno);
    }
}

listen()第二个参数的讲解参考socket编程中的讲解。

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int Socket::accept(InetAddress* peerAddr)
{
    sockaddr_in addr = { 0 };
    socklen_t len = sizeof addr;
    bzero(&addr, sizeof addr);
    int connfd = accept4(sockfd_, (sockaddr*)&addr, &len, SOCK_NONBLOCK | SOCK_CLOEXEC);
    if(connfd > 0)
    {
        peerAddr->setSockAddr(addr);
    }
    return connfd;
}

  • addr的初始化muduo用的是bzero()（是 BSD 废弃函数）；memset 是 C 标准函数。

  • 现代 C++推荐：

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    sockaddr_in addr{};
    sockaddr_in addr = { 0 };

  • 使用 accept4 而不是 accept，可以原子设置非阻塞 + CLOEXEC。

    • SOCK_NONBLOCK：Reactor 模型必须非阻塞 IO。

    • SOCK_CLOEXEC：防止 fork/exec 时 fd 泄漏。

  • accept 里为什么不判断 connfd < 0？

    • 非阻塞模式下，没有连接时返回 -1 是正常现象。
    • 不能 LOG_FATAL，否则服务器会直接崩溃。
    • 错误处理交给上层 Acceptor，Socket 只负责返回 -1。
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void Socket::shutdownWrite()
{
    if(::shutdown(sockfd_, SHUT_WR) < 0)
    {
        LOG_ERROR("shutdownWrite failed");
    }
}

  • ::shutdown(sockfd_, SHUT_WR)：不能再发送数据，但还能继续接收对方数据

    • ::shutdown：系统调用，关闭 TCP 连接的某个方向
    • SHUT_WR：Write Only → 只关闭写端

  • 为什么用 shutdown，不用 close？

    对比项 close(fd) shutdown(fd, SHUT_WR)
    关闭范围 直接关闭整个 socket，读写全关 只关闭写方向，读方向保持打开
    对 TCP 的影响 可能直接发 RST，强制断开 发送 FIN，告知对方不再发送数据
    数据安全性 缓冲区未发完数据可能丢失 保证发送缓冲区数据发完，不丢包
    连接状态 完全释放 fd，连接彻底断开 半关闭状态，还能继续接收对方数据
    使用场景 彻底不要这个连接时使用 优雅结束发送，等待对方回复时使用

  • 为什么失败只 LOG_ERROR，不LOG_FATAL？

    因为：可能连接已经断开，可能 fd 已经关闭，这些都不是致命错误程序不需要崩溃。

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void Socket::setTcpNoDelay(bool on)
{
    int optval = on ? 1 : 0;
    ::setsockopt(sockfd_, IPPROTO_TCP, TCP_NODELAY, &optval, sizeof optval);
}

void Socket::setReuseAddr(bool on) 
{
    int optval = on ? 1 : 0;
    ::setsockopt(sockfd_, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &optval, sizeof optval);
}

void Socket::setReusePort(bool on)  
{
    int optval = on ? 1 : 0;
    ::setsockopt(sockfd_, SOL_SOCKET, SO_REUSEPORT, &optval, sizeof optval);
}

void Socket::setKeepAlive(bool on)
{
    int optval = on ? 1 : 0;
    ::setsockopt(sockfd_, SOL_SOCKET, SO_KEEPALIVE, &optval, sizeof optval);
}

  • int optval = on ? 1 : 0;把 C++ 的 bool(true/false) 转成系统调用需要的 int(1/0)。setsockopt 只识别 1 开启、0 关闭。

  • ::setsockopt(
    sockfd_,        // 哪个 socket
    层级,           // IP层 或 Socket层
    选项名字,       // 要设置的开关
    &optval,        // 开/关
    sizeof(optval)  // 选项大小
);

  • setTcpNoDelay：关闭 Nagle 攒包算法

    • 默认 TCP 会等一会儿，攒一批再发
    • 打开 NoDelay = 有数据立刻发，不等待
    • 开启场景：游戏、聊天、RPC等低延时场景

  • setReuseAddr：允许端口快速复用，解决服务器重启报错。

    • TCP 有个状态叫 TIME_WAIT，端口会被占住 30 秒～2 分钟。
    • 加了 setReuseAddr (true) 后：允许立刻绑定正在 TIME_WAIT 的端口

  • setReusePort：多个进程 / 线程可以 bind 同一个端口（正常1 个端口 = 只能 1 个程序监听），内核自动负载均衡提高并发性能。

  • setKeepAlive：开启 TCP 保活

    • 自动检测死连接（客户端断电、断网）
    • 防止占着 fd 不释放

源码地址

Socket.h：https://gitee.com/lpzdinghai/lpzmuduo/blob/master/Socket.h

Socket.cc：https://gitee.com/lpzdinghai/lpzmuduo/blob/master/Socket.cc