[特殊字符] C++ 常见 Socket 错误与优化指南

在 Socket 编程 中，开发者常常遇到一些 常见错误 ，例如 端口占用、超时、缓冲区问题、并发处理等 。本文将列举几种 常见错误及优化方法 ，并提供 C++ 代码示例。

1、错误：端口占用 (Address already in use)

问题：

• 服务器端 bind() 失败 ，错误代码 EADDRINUSE，表示端口仍然被占用。

• 可能原因：

  • 上一个进程未正常关闭，导致端口仍在 TIME_WAIT 状态。

  • 短时间内多次启动服务器，导致端口未释放。

解决方案：

• 在 socket() 之后，使用 setsockopt() 设置 SO_REUSEADDR，让内核快速回收端口。

代码优化：

#include <iostream>
#include <cstring>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>

#define PORT 8080

int main() {
    int server_fd;
    struct sockaddr_in address;
    int opt = 1; // 允许端口复用

    // 创建 Socket
    server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (server_fd == -1) {
        perror("Socket 创建失败");
        return -1;
    }

    // 设置 SO_REUSEADDR，快速复用端口
    setsockopt(server_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));

    address.sin_family = AF_INET;
    address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    address.sin_port = htons(PORT);

    // 绑定
    if (bind(server_fd, (struct sockaddr*)&address, sizeof(address)) < 0) {
        perror("端口占用，绑定失败");
        return -1;
    }

    std::cout << "服务器启动成功!" << std::endl;
    close(server_fd);
    return 0;
}

2、错误：Socket 超时（Connection timeout）

问题：

• 客户端连接服务器时 connect() 超时。

• 服务器读取客户端数据时 recv() 卡住，导致阻塞。

解决方案：

• 客户端超时 ：使用 setsockopt() 设置 SO_SNDTIMEO，防止 connect() 持续等待。

• 服务器端超时 ：使用 setsockopt() 设置 SO_RCVTIMEO，防止 recv() 无限阻塞。

代码优化：

#include <iostream>
#include <cstring>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>

#define PORT 8080

int main() {
    int sock;
    struct sockaddr_in serv_addr;
    struct timeval timeout;
    timeout.tv_sec = 3;  // 超时时间 3 秒
    timeout.tv_usec = 0;

    // 创建 Socket
    sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sock < 0) {
        perror("Socket 创建失败");
        return -1;
    }

    // 设置发送超时
    setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_SNDTIMEO, &timeout, sizeof(timeout));
    // 设置接收超时
    setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, &timeout, sizeof(timeout));

    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_port = htons(PORT);
    inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr);

    // 连接服务器（如果服务器未启动，3 秒后超时）
    if (connect(sock, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) {
        perror("连接超时");
        return -1;
    }

    std::cout << "成功连接服务器!" << std::endl;
    close(sock);
    return 0;
}

3、错误：TCP 服务器端无法处理多个客户端

问题：

• TCP 服务器默认是单线程的，无法同时处理多个客户端。

• 客户端 connect() 服务器时，如果服务器正忙，则需要排队等待。

解决方案：

• 使用 多线程（std::thread） 处理多个客户端。

• 或者使用 非阻塞 I/O（epoll/select）。

代码优化：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <vector>
#include <cstring>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>

#define PORT 8080

void handle_client(int client_socket) {
    char buffer[1024] = {0};
    read(client_socket, buffer, 1024);
    std::cout << "收到消息: " << buffer << std::endl;
    std::string reply = "Hello from Server!";
    send(client_socket, reply.c_str(), reply.size(), 0);
    close(client_socket);
}

int main() {
    int server_fd, new_socket;
    struct sockaddr_in address;
    int addrlen = sizeof(address);
    std::vector<std::thread> threads;  // 存储线程对象

    // 创建 Socket
    server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (server_fd == -1) {
        perror("Socket 创建失败");
        return -1;
    }

    address.sin_family = AF_INET;
    address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    address.sin_port = htons(PORT);

    // 绑定
    if (bind(server_fd, (struct sockaddr*)&address, sizeof(address)) < 0) {
        perror("绑定失败");
        return -1;
    }

    // 监听
    if (listen(server_fd, 5) < 0) {
        perror("监听失败");
        return -1;
    }

    std::cout << "服务器已启动，等待客户端连接..." << std::endl;

    while (true) {
        // 接受客户端连接
        new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr*)&address, (socklen_t*)&addrlen);
        if (new_socket < 0) {
            perror("连接失败");
            continue;
        }

        // 启动线程处理客户端请求
        threads.emplace_back(handle_client, new_socket);
    }

    // 关闭服务器（但这里永远不会到达）
    close(server_fd);
    return 0;
}

4、错误：发送缓冲区问题（Partial send）

问题：

• send() 可能不会一次性发送完整数据，导致 部分数据丢失。

• recv() 可能会接收 不完整数据，需要循环读取。

解决方案：

• 使用 while 循环，确保所有数据都被发送或接收。

代码优化：

ssize_t send_all(int sock, const char* buffer, size_t length) {
    ssize_t total_sent = 0;
    while (total_sent < length) {
        ssize_t sent = send(sock, buffer + total_sent, length - total_sent, 0);
        if (sent < 0) return -1;  // 发送失败
        total_sent += sent;
    }
    return total_sent;
}

总结：

|----------|--------------------------------------|
| 问题 | 优化方案 |
| 端口占用 | SO_REUSEADDR 允许端口快速复用 |
| Socket超时 | SO_RCVTIMEO 和 SO_SNDTIMEO 限制超时时间 |
| 单线程服务器阻塞 | 使用多线程（std::thread）或epoll/select |
| 部分发送/接收 | send_all()和recv_all()确保完整数据传输 |

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