Java 网络八股 TCP协议：三次握手四次挥手全图解

🌟 一、TCP核心特性：可靠传输的秘密

1️⃣ 有连接 & 全双工

• 双向通道：建立连接后，客户端↔服务器可同时收发数据
• 可靠传输三板斧：
  • 确认应答（ACK）
    • 接收方返回ACK=接收序号+数据长度
    • 示例：发送SEQ=100（数据长度50） → 收到ACK=150
  • 超时重传
    • 未收到ACK则自动重发，解决丢包问题
  • 数据排序
    • 通过SEQ序号重组乱序数据包

2️⃣ 字节流传输

• 无边界限制：像水管流水，数据可任意拆分/合并
• 粘包问题：需应用层自行处理消息边界（如添加长度头）

---

🔑 二、三次握手：连接建立的精妙设计

TCP 是面向连接的协议，所以使用 TCP 前必须先建立连接，而建立连接是通过三次握手来进行的。

1️⃣ 握手流程

2️⃣ 三大核心作用

1. 验证链路畅通（投石问路）
2. 能力验证：

   握手阶段	验证的能力
   第一次	客户端能发送
   第二次	服务器能收 + 客户端能收
   第三次	服务器能发

3. 参数协商：确定起始序号（防数据混淆）
4. 从上面的过程可以发现第三次握手是可以携带数据的，前两次握手是不可以携带数据的，这也是面试常问的题。

3️⃣ 为什么能合并ACK和SYN？

• 操作系统内核自动处理，时机相同 → 合并为一次报文

一旦完成三次握手，双方都处于 ESTABLISHED 状态，此时连接就已建立完成，客户端和服务端就可以相互发送数据了。

💣 三、四次挥手：断开连接的江湖恩怨

1️⃣ 挥手流程

2️⃣ 关键差异

• ACK由内核自动发，FIN由代码触发
• 对于四次挥手来说,ACK是内核控制的,但是FIN的触发,通过应用程序(也就是java写的程序),调用close,假如说没写close,就甚至不发送
• 四次挥手为何不能合并？
  • 服务器收到FIN后，可能还有数据要发送 → 先ACK，发完数据再FIN:
  • 服务器收到客户端的 FIN 报文时，内核会马上回一个 ACK 应答报文，但是服务端应用程序可能还有数据要发送，所以并不能马上发送 FIN 报文，而是将发送 FIN 报文的控制权交给服务端应用程序：如果服务端应用程序有数据要发送的话，就发完数据后，才调用关闭连接的函数；如果服务端应用程序没有数据要发送的话，可以直接调用关闭连接的函数，所以说，是否要发送第三次挥手的控制权不在内核，而是在被动关闭方的应用程序，因为应用程序可能还有数据要发送，由应用程序决定什么时候调用关闭连接的函数，当调用了关闭连接的函数，内核就会发送 FIN 报文了，所以服务端的 ACK 和 FIN 一般都会分开发送。
  • 对于三次握手来说,中间的两次ACK和SYN,都是在内核中,操作系统负责进行 时机都是在收到SYN之后,此时同一时机,就可以合并

---

⚠️ 四、必懂TCP状态：程序员排错指南

状态	触发场景	排查重点
LISTEN	服务器绑定端口后	检查端口占用/防火墙
ESTABLISHED	连接建立成功	正常通信状态
CLOSE_WAIT	被动方收到FIN后	🔥 代码没写socket.close()
TIME_WAIT	主动方最后ACK后	等待2MSL防ACK丢失

🔥 CLOSE_WAIT爆炸？

• 典型症状：服务器出现大量CLOSE_WAIT
• 致命原因：忘记关闭Socket！

  // 错误示范：未关闭连接！
  Socket socket = new Socket(...);
  // 正确做法：try-with-resources自动关闭
  try (Socket socket = new Socket(...)) { ... }
  

⏳ TIME_WAIT存在的意义

• 保活2MSL（约1-4分钟）：确保最后一个ACK送达
• 副作用：短时内端口不可重用 → 可通过SO_REUSEADDR解决

---

📌 五、高频面试题

1. 为什么是三次握手，不是两次？
   – 确保双方收发能力正常

2. TIME_WAIT为何要等2MSL？
   – 足够时间让网络中的残余报文消亡

---

掌握TCP协议，就像获得网络世界的“内功心法”！无论是面试还是调优，这些知识点都能让你一眼看穿网络问题的本质！ 🚀