Linux TCP Socket 基础：从监听到收发

生命周期说明（2026-08-10）：本文由 2025 年的 TCP 学习笔记重写。原笔记中的内网地址、一次性示例和不完整错误路径均未公开保留；本文只说明稳定的接口顺序与实现边界。具体 API 细节以当前系统手册页为准。

Socket 在程序中的位置

Socket 是操作系统提供的通信接口。TCP 程序通常以客户端—服务端的方式建立连接：服务端等待连接，客户端主动连接；连接建立后，双方都可以读取和写入字节流。

TCP 提供的是有序字节流，不是“按一次 send() 对应一次 recv()”的消息队列。因此，应用协议必须自行定义消息边界，例如固定长度头、长度字段或明确分隔符。

服务端的基本顺序

一个最小 TCP 服务端通常按下列顺序运行：

1. socket() 创建套接字；
2. bind() 绑定本地地址和端口；
3. listen() 将套接字置为监听状态；
4. accept() 取得一条已建立连接对应的新文件描述符；
5. 对新描述符调用 recv()/read() 和 send()/write()；
6. 使用完毕后分别 close() 已连接描述符和监听描述符。

监听套接字只负责接受连接；accept() 返回的描述符才对应某个客户端。服务端要同时处理多个客户端时，可以选择线程、进程、事件循环或异步 I/O，但每种方案都需要明确并发与关闭策略。

客户端的基本顺序

客户端的路径更短：

1. socket() 创建套接字；
2. 准备服务端地址；
3. connect() 发起连接；
4. 读写数据；
5. close() 释放描述符。

在可移植程序中，优先使用 getaddrinfo() 解析主机和端口，再根据返回结果建立连接；这样可避免把 IPv4 地址或局部网络参数写死在源码中。

收发与关闭的关键边界

• recv() 返回正数表示读到的字节数；返回 0 表示对端已正常关闭写端；返回负数才需要根据 errno 判断失败原因。
• send() 或 write() 可以只写入部分数据。需要完整发送一条消息时，应循环写入直到全部字节完成或发生不可恢复错误。
• 网络数据不保证以字符串结尾。若要打印或解析，应以实际返回的长度为界，不要假设缓冲区自动带有 \0。
• 端口号与地址应使用网络字节序转换：端口使用 htons()/ntohs()，IPv4 地址按所用接口转换或打印。
• 任何提前返回路径都应关闭已取得的文件描述符；连接较多时还应限制缓冲区、超时和并发数。

本地验证建议

先只在回环地址上测试：服务端监听一个未被占用的高位端口，客户端连接 127.0.0.1 或 ::1。依次验证连接失败、正常收发、对端关闭、超长输入和服务端重启。确认消息边界与错误日志符合预期后，再考虑局域网监听或更复杂的协议。

这类程序会处理来自网络的输入。公开示例或生产代码应增加长度限制、超时、错误日志和协议校验，而不是直接把接收缓冲区交给字符串或业务逻辑使用。

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