从tcp原理角度理解Broken pipe和Connection reset by peer的区别

http://lovestblog.cn/blog/2014/05/20/tcp-broken-pipe/

以前我们经常会碰到Broken pipe或者Connection reset by peer之类的异常，但是tcp实现里什么情况下会抛出这些异常呢，以前我给对方的回答都是模棱两可的，自己说实话都没把握，因为自己也没有验证过，对它们的认识都是从网上看来的，正确与否也不知道，昨天独明突然又问到这个问题，前段时间正好对tcp这块研究了一段时间，有了点理论知识之后再从实践角度对此问题进行一下分析，下面对我这次的调研过程进行下描述与大家分享，希望大家以后对此类问题都能很自信地应答。

三次握手和四次挥手过程

在讲具体的原因之前，我们有必要补充下tcp这块的一些基础知识，我们都知道tcp通信有三次握手和四次挥手，网上介绍的文章也一大堆，图我也懒得画了，直接网上找一个图给大家

三次握手是最前面的三条线表示的过程，四次挥手是最后面的四条线表示的过程，里面涉及到几个关键词，SYN，ACK，FIN，MSS，其中SYN是主要用在三次握手过程中的，FIN用在四次挥手过程中，ACK在三次握手和四次挥手过程中的作用就是对收到的SYN和FIN做一个确认，SYN，FIN等存在于TCP头里(tcp报文图也给大家弄了个图，不用再去找啦)，0/1表示有无此标记，在tcp实现里后面还会跟一个依次递增的数字，比如上面的J，K等，确认就是递增这些数字(真正的数据报文的ack除外)，MSS是表示每一个tcp报文里数据字段的最大长度，不包括tcp头的大小噢相信大家看到这两个图会对这些概念有了一个清晰的认识了

tcpdump抓包工具

介绍了基础原理之后，再介绍下抓包工具，tcpdump，这工具对你了解tcp的整个过程会非常有帮助，在你无法调试tcp实现的情况下这个工具自然也是必不可少的，具体用法网上有很多介绍，直接从man page上也可以看到详细的介绍，我也不多说啦，下面的截图就是tcpdump根据tcp通信过程获取到的

这要稍微提下tcpdump的结果和上面的几个过程的对应关系前面三条其实就是我们上面所说的三次握手，四次握手过程上面没有完全表现出来，只完成了一半的挥手过程（5，8两条表示的）里面有几个标识S，F，ack，P，其实还有个R，如果有这些标识那么在tcp头里的SYN，FIN，ACK，PSH，RET分别为1，其中PSH表示要求tcp立即将数据传递给上层，不要做别的什么处理，RET这个表示重置连接，也是和我们今天讨论的问题有很大关系的FLAG，下面会详细介绍

reset报文发送场景

RST的标志位，这个标识为在如下几种情况下会被设置，以下是我了解的情况，可能还有更多的场景，没有验证

当尝试和未开放的服务器端口建立tcp连接时，服务器tcp将会直接向客户端发送reset报文
双方之前已经正常建立了通信通道，也可能进行过了交互，当某一方在交互的过程中发生了异常，如崩溃等，异常的一方会向对端发送reset报文，通知对方将连接关闭
当收到TCP报文，但是发现该报文不是已建立的TCP连接列表可处理的，则其直接向对端发送reset报文
ack报文丢失，并且超出一定的重传次数或时间后，会主动向对端发送reset报文释放该TCP连接

Broken pipe以及Connection reset by peer

做了这么些铺垫之后下面进入正题，那么Broken pipe或者Connection reset by peer分别代表什么意思呢，下面从glibc的源码里有对此的介绍

#. TRANS Broken pipe; there is no process reading from the other end of a pipe.
#. TRANS Every library function that returns this error code also generates a
#. TRANS @code{SIGPIPE} signal; this signal terminates the program if not handled
#. TRANS or blocked.  Thus, your program will never actually see @code{EPIPE}
#. TRANS unless it has handled or blocked @code{SIGPIPE}.
#: sysdeps/generic/siglist.h:39 sysdeps/gnu/errlist.c:359
#: sysdeps/unix/siglist.c:39
msgid "Broken pipe"
msgstr "断开的管道"
 
#. TRANS A network connection was closed for reasons outside the control of the
#. TRANS local host, such as by the remote machine rebooting or an unrecoverable
#. TRANS protocol violation.
#: sysdeps/gnu/errlist.c:614
msgid "Connection reset by peer"
msgstr ""

其实我们java异常里看到的Broken pipe或者Connection reset by peer信息不是jdk或者jvm里定义的，我看到这些关键字往往会首先搜索下jdk或者hotspot源码找到位置进行上下文分析，但是这次没找到，后面才想到应该是linux或者glibc里定义的，果然在glibc离看到了如上的描述和定义

对于Broken pipe在管道的另外一端没有进程再读的时候就会抛出此异常，Connection reset by peer的描述其实不是很正确，从我的实践来看只描述了一方面，其实在某一端正常close之后，也是可能会有此异常的。

异常模拟

从我的测试场景是这样的，共同的前提是客户端向服务端发了数据之后立马调用close关闭socket并进程退出，而服务端在收到客户端的数据之后sleep一会，保证对方的socket已经关闭，接着分别进行两种场景测试

场景：

服务端往socket里写一次数据，返回继续做select
服务端连续写两次数据，必须保证两次的buffer都是有数据的，也就是保证ByteBuffer的pos和limit要不是一个值

结果：

会抛出Connection reset by peer
会抛出Broken pipe

分析：

当我们往一个对端已经close的通道写数据的时候，对方的tcp会收到这个报文，并且反馈一个reset报文，tcpdump的结果如下所示,当收到reset报文的时候，继续做select读数据的时候就会抛出Connect reset by peer的异常，从堆栈可以看得出
当第一次往一个对端已经close的通道写数据的时候会和上面的情况一样，会收到reset报文，当再次往这个socket写数据的时候，就会抛出Broken pipe了，根据tcp的约定，当收到reset包的时候，上层必须要做出处理，调用将socket文件描述符进行关闭，其实也意味着pipe会关闭，因此会抛出这个顾名思义的异常