初步探究java中程序退出、GC垃圾回收时，socket tcp连接的行为

初步探究java中程序退出、GC垃圾回收时，socket tcp连接的行为

今天在项目开发中需要用到socket tcp连接相关（作为tcp客户端），在思考中发觉需要理清socket主动、被动关闭时发生了什么，所以做了一番实验，验证socket tcp连接在调用close、被GC回收、程序运行完毕退出、程序进程被杀掉时，tcp会产生什么行为。得出了一些结论，记录于此同时分享给大家。

先写出得到的结论：

1. java程序运行完毕退出和被杀进程时，socket tcp连接会被关闭。而且是通过发送RST方式关闭tcp，不是四次挥手方式关闭tcp，不会进入TIME_WAIT状态。（一般在关闭异常连接时，使用发出RST复位标志的方式）
2. 在socket对象被GC回收时，socket的close()方法会被调用，此时将使用四次挥手方式关闭主动tcp连接，随后进入一段时间的TIME_WAIT状态。主动调用socket的close()方法效果相同。
3. 在使用new Socket(host,port)创建socket对象后，便会建立起tcp连接。

以上结论是个人测试得到的，如果有出入欢迎指正。

PS：下方是new Socket(host,port)构造方法的代码，结合上面结论第3条，可见在构造方法中第40行进行了一些业务逻辑。联想到前段时间广泛传播的《阿里巴巴JAVA开发手册.pdf》文档，其中有这样一条：

11.【强制】构造方法里面禁止加入任何业务逻辑，如果有初始化逻辑，请放在 init 方法中。

可见这个规则也不是处处适用的（至少此处jdk中Socket的构造方法就与这条规则相悖），在使用时考虑到团队协作、符合习惯等时考虑遵守这条规则。

     /**
      * Creates a stream socket and connects it to the specified port
      * number on the named host.
      * <p>
      * If the specified host is {@code null} it is the equivalent of
      * specifying the address as
      * {@link java.net.InetAddress#getByName InetAddress.getByName}{@code (null)}.
      * In other words, it is equivalent to specifying an address of the
      * loopback interface. </p>
      * <p>
      * If the application has specified a server socket factory, that
      * factory's {@code createSocketImpl} method is called to create
      * the actual socket implementation. Otherwise a "plain" socket is created.
      * <p>
      * If there is a security manager, its
      * {@code checkConnect} method is called
      * with the host address and {@code port}
      * as its arguments. This could result in a SecurityException.
      *
      * @param      host   the host name, or {@code null} for the loopback address.
      * @param      port   the port number.
      *
      * @exception  UnknownHostException if the IP address of
      * the host could not be determined.
      *
      * @exception  IOException  if an I/O error occurs when creating the socket.
      * @exception  SecurityException  if a security manager exists and its
      *             {@code checkConnect} method doesn't allow the operation.
      * @exception  IllegalArgumentException if the port parameter is outside
      *             the specified range of valid port values, which is between
      *             0 and 65535, inclusive.
      * @see        java.net.Socket#setSocketImplFactory(java.net.SocketImplFactory)
      * @see        java.net.SocketImpl
      * @see        java.net.SocketImplFactory#createSocketImpl()
      * @see        SecurityManager#checkConnect
      */
     public Socket(String host, int port)
         throws UnknownHostException, IOException
     {
         this(host != null ? new InetSocketAddress(host, port) :
              new InetSocketAddress(InetAddress.getByName(null), port),
              (SocketAddress) null, true);
     }

验证时，使用的工具：

• windows cmd命令行，“netstat -ano|findstr 9911”命令（9911是我测试时连接的对方服务器端口），用以查看tcp连接情况，包括tcp是否存在，以及处于TIME_WAIT、ESTABLISHED或者别的状态；
• wireshark，抓包详细查看tcp中传输的数据包；
• JProfiler，java性能分析工具，我在使用时和IDEA做了集成，这里用它的主要目的是手动触发GC，以及验证是否进行了GC。

具体验证过程：

使用以下测试代码

     public static void main(String[] args) throws Exception {
         main2();
         System.out.println("调用结束");
         Thread.sleep(15000);
         System.out.println("退出程序");

     }

     public static void main2() throws Exception {

         System.out.println("启动");
         Thread.sleep(5000);
         System.out.println("创建socket对象");
         Socket socket = new Socket("123.56.113.123", 9911);
         System.out.println("socket.isConnected() = " + socket.isConnected());
         System.out.println("socket.isClosed() = " + socket.isClosed());
         Thread.sleep(5000);
         System.out.println("获取输出流");
         OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
         System.out.println("socket.isConnected() = " + socket.isConnected());
         System.out.println("socket.isClosed() = " + socket.isClosed());
         System.out.println("即将退出");
 //        socket.shutdownOutput();
         Thread.sleep(5000);
         System.out.println("退出");

     }

为了方便在执行不同的操作之间，进行手动的tcp连接情况查询，代码中加了一些sleep()。

测试方案1，程序正常执行，不手动GC，不杀进程：

1. 在14行之前，没有创建tcp连接；
2. 14行创建了Socket对象之后，tcp连接就已经建立了，此时socket.isConnected()为true，socket.isClosed()为false；
3. 19行执行时，没有发现tcp中有任何数据传输，说明获取输出流是不需要网络层的动作的；
4. 19行之后，程序退出之前，tcp一直是ESTABLISHED状态（前提是这期间没有发生过GC）；
5. 程序退出后，tcp连接马上消失（没有进入TIME_WAIT状态），通过抓包查看是主动发出了RST（发出RST reset复位标志，一般是关闭异常tcp连接的方法）。

以下wireshark抓包的截图中序号为1-4的包，是上述过程产生的。

测试方案2，tcp连接建立之后，程序退出前，杀掉进程：

和方案1中的效果相同，上图中5-8号包是方案2产生的。杀掉进程时，会主动发出RST关闭tcp连接。

测试方案3，tcp连接建立后，GC回收socket对象：

触发GC的方法，是使用JProfiler的Run GC按钮，触发GC，如下图，内存变化说明确实进行了GC。

具体测试的设计，socket对象是main2方法中的局部变量，在main2执行结束后便可以被回收。

在测试中，第2、3行代码执行完之后，我点击Run GC按钮，预计socket对象会被回收。

此时用“netstat -ano|findstr 9911”命令查看，如下图，tcp已经由ESTABLISHED状态变为TIME_WAIT状态。

直到程序结束退出，仍然是TIME_WAIT状态。（正常情况下，TIME_WAIT状态会持续MSL时间的2倍，即报文最大生存时间的2倍，Windows下默认为4分钟）

实际上，在GC时会调用socket的close()方法，导致主动关闭tcp，进入TIME_WAIT状态。参考

java - If the jvm gc an unclosed socket instance what would happen to the underlying tcp connection? - Stack Overflow
https://*.com/questions/25543149/if-the-jvm-gc-an-unclosed-socket-instance-what-would-happen-to-the-underlying-tc

在Socket的成员变量中有SocketImpl类型的变量impl，impl实例化的实现类都是直接或间接继承java.net.AbstractPlainSocketImpl的，AbstractPlainSocketImpl中有如下方法：

     /**
      * Cleans up if the user forgets to close it.
      */
     protected void finalize() throws IOException {
         close();
     }

在GC时，impl的finalize方法会被调用，这时候就相当于调用了socket.close()，所以tcp被正常地主动关闭（socket.close()内的代码也是调用impl.close()，只是额外加了线程同步控制代码）。

测试方案4，主动调用socket.close()关闭tcp连接：

即将第23行代码取消注释，替换为socket.close()，或socket.shutdownOutput() ，测试结果均和方案3的一致，close或shutdownOutput之后tcp关闭，端口进入TIME_WAIT状态。

以上是本次测试验证的过程，对java程序退出、GC回收socket对象、被杀进程、主动close时对tcp影响的初步探究，如有错误、疏漏还请斧正。

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