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高频面试点：深入理解 TCP 三次握手与四次挥手

news 2025/8/7 8:44:08

在网络通信的世界里，TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是确保数据可靠传输的基石。其中，三次握手建立连接、四次挥手断开连接的过程，更是 Java 秋招面试中的高频考点。今天，我们就深入剖析这两个关键过程，结合原理、代码示例与面试真题，帮你吃透知识点。

一、TCP 三次握手：建立可靠连接

（一）核心原理

TCP 连接的建立基于 三次握手 机制，目的是让客户端和服务器双方确认彼此收发数据的能力，同步初始序列号（ISN），为可靠传输打基础。过程如下：

第一次握手（客户端 → 服务器）：客户端主动打开连接，发送 SYN 报文（SYN=1，seq=x ，x 是客户端初始序列号），进入 SYN-SENT 状态。
第二次握手（服务器 → 客户端）：服务器监听端口收到 SYN 报文，回复 SYN+ACK 报文（SYN=1，ACK=1，seq=y ，ack=x+1 ，y 是服务器初始序列号），进入 SYN-RCVD 状态。
第三次握手（客户端 → 服务器）：客户端收到 SYN+ACK 报文，回复 ACK 报文（ACK=1，seq=x+1，ack=y+1 ），进入 ESTABLISHED 状态；服务器收到 ACK 报文后，也进入 ESTABLISHED 状态，连接建立完成，双方开始数据传输

服务器客户端服务器客户端SYN=1, seq=x（进入 SYN-SENT）SYN=1, ACK=1, seq=y, ack=x+1（进入 SYN-RCVD）ACK=1, seq=x+1, ack=y+1（进入 ESTABLISHED）进入 ESTABLISHED（连接建立，可传输数据）TCP 三次握手流程

（二）Java 视角的理解（基于 Socket 编程）

在 Java 中，客户端通过 Socket 主动发起连接，服务器通过 ServerSocket 监听端口，底层会自动完成三次握手。示例代码片段：

// 服务器端（简化版）
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080); // 监听 8080 端口，等待客户端连接
Socket clientSocket = serverSocket.accept(); // 阻塞，直到三次握手完成，返回 Socket 对象用于通信// 客户端
Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8080); // 主动连接服务器，触发三次握手

当执行 new Socket(...) 时，客户端会先发送 SYN 报文；服务器 accept() 被触发后，回复 SYN+ACK；客户端收到后再回复 ACK，三次握手完成，Socket 才真正可用。

二、TCP 四次挥手：优雅断开连接

（一）核心原理

TCP 连接的断开需要 四次挥手 ，因为 TCP 是全双工通信，双方需要独立关闭各自的读写通道，过程如下：

第一次挥手（主动关闭方 → 被动关闭方）：假设客户端主动关闭，发送 FIN 报文（FIN=1，seq=u ），进入 FIN-WAIT-1 状态，表示 “我这边没数据要发了” 。
第二次挥手（被动关闭方 → 主动关闭方）：服务器收到 FIN ，回复 ACK 报文（ACK=1，seq=v，ack=u+1 ），进入 CLOSE-WAIT 状态，告诉客户端 “你的关闭请求已收到，我处理完剩余数据就关闭” ；客户端收到 ACK 后，进入 FIN-WAIT-2 状态，等待服务器真正关闭。
第三次挥手（被动关闭方 → 主动关闭方）：服务器处理完数据，发送 FIN 报文（FIN=1，ACK=1，seq=w，ack=u+1 ），进入 LAST-ACK 状态，表示 “我也没数据发了，准备关闭” 。
第四次挥手（主动关闭方 → 被动关闭方）：客户端收到 FIN ，回复 ACK 报文（ACK=1，seq=u+1，ack=w+1 ），进入 TIME-WAIT 状态；服务器收到 ACK 后，进入 CLOSED 状态。客户端等待 2MSL（最大报文段生存时间）后，确保服务器能收到 ACK（防止服务器重发 FIN 时丢失），也进入 CLOSED 状态

服务器（被动关闭）客户端（主动关闭）服务器（被动关闭）客户端（主动关闭）FIN=1, seq=u（进入 FIN-WAIT-1）ACK=1, seq=v, ack=u+1（进入 CLOSE-WAIT）进入 FIN-WAIT-2（收到服务器 ACK 后）FIN=1, ACK=1, seq=w, ack=u+1（进入 LAST-ACK）ACK=1, seq=u+1, ack=w+1（进入 TIME-WAIT）进入 CLOSED（收到客户端 ACK 后）等待 2MSL 后进入 CLOSEDTCP 四次挥手流程

（二）Java 代码中的体现

基于 Java Socket，当一方调用 socket.close() 时，会触发四次挥手：

// 客户端主动关闭（示例）
Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8080);
// 数据传输...
socket.close(); // 触发第一次挥手（发送 FIN）

服务器端在读取数据时，若检测到客户端关闭（收到 FIN ），会先回复 ACK（第二次挥手），然后处理完自身数据后，调用 socket.close() 触发第三次挥手（发送 FIN ）；客户端收到服务器 FIN 后回复 ACK（第四次挥手），完成关闭。

三、高频面试题 & 解答

（一）三次握手相关

问题 1：为什么需要三次握手，两次不行吗？
答：

三次握手的核心是 确认双方收发能力 。两次握手时，若客户端第一次 SYN 报文因网络延迟，超时后客户端重发 SYN 并建立连接、传输数据、关闭连接；此时延迟的 SYN 才到达服务器，服务器会认为是新连接，回复 SYN+ACK ，但客户端已关闭，不会处理 ACK，服务器则会一直等待 ACK，造成资源浪费。三次握手通过客户端最后回复的 ACK，让服务器确认 “客户端能收到我的消息”，避免这种无效连接。

问题 2：三次握手过程中，客户端或服务器出现报文丢失，会发生什么？
答：

若客户端 SYN 丢失：客户端会超时重发 SYN，直到收到服务器 SYN+ACK 或达到重试次数。
若服务器 SYN+ACK 丢失：客户端收不到回复，超时重发 SYN；服务器若收到重复 SYN，会重新回复 SYN+ACK 。
若客户端 ACK 丢失：服务器收不到 ACK，会超时重发 SYN+ACK；客户端收到后，再次回复 ACK ，直到服务器确认或超时。

（二）四次挥手相关

问题 1：为什么四次挥手需要四次，不能三次？
答：

因为 TCP 全双工特性，双方都要独立关闭读写。主动关闭方发 FIN 只是说 “我不发数据了”，但还能收数据；被动关闭方收到 FIN 后，要先回复 ACK 确认，然后处理完自己的发送队列，再发 FIN 表示 “我也不发了” 。这两个步骤（回复 ACK 和发送 FIN ）无法合并，所以需要四次挥手。

问题 2：客户端 TIME-WAIT 状态为什么要等待 2MSL？
答：