Socket中Connection Reset問題分析

現象描述

1、先后啟動服務端和客戶端，客戶端正常執行完畢，服務端出現Connection Reset異常，錯誤定位在while ((bufferSize = is.read(bytes))!=-1)
2、服務端先后接收文件名和文件內容，文件內容無法接收到

服務端代碼

import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class Server {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocket server = new ServerSocket(55335);
        File dir = new File("received");
        if (!dir.exists()){
            dir.mkdir();
        }
        while (true){
            Socket socket = server.accept();
            new Thread(()->{
                try {
                    String name = null;
                    InputStream is = socket.getInputStream();
                    BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
                    if ((name = reader.readLine())==null){
                        System.out.println("出現異常！無法完成此次傳輸...");
                        return;
                    }
                    System.out.println("文件名為："+name);
                    System.out.println("開始接收...");
                    File file = new File(dir,name);
                    FileOutputStream fos = new FileOutputStream(file);
                    int size = 0;
                    int bufferSize;
                    byte[] bytes = new byte[1024];
                    while ((bufferSize = is.read(bytes))!=-1){
                        System.out.println(bufferSize);
                        fos.write(bytes,0,bufferSize);
                        System.out.println("已寫入"+(size+=bufferSize)+"B數據");
                    }
                    fos.flush();
                    System.out.println(bufferSize);
                    fos.close();
                    System.out.println("寫入完成！路徑為："+file.getAbsolutePath());
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }).start();

            OutputStream os = socket.getOutputStream();
            os.write("hello\t".getBytes());
        }
    }
}

服務端代碼邏輯如下：

• 循環等待建立連接
• 通過字符流接收客戶端發送過來的數據，作為新文件的文件名
• 通過字節流接收客戶端發送過來的數據，並寫入指定文件

客戶端代碼

import java.io.*;
import java.net.Socket;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.util.Arrays;
import java.util.Scanner;

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        byte[] bytes = new byte[1024];
        String path;
        File file;
        System.out.println("輸入文件路徑：");
        path = sc.nextLine();
        file = new File(path);
        System.out.println("路徑為："+file.getAbsolutePath());
        System.out.println("文件大小："+file.length()+"B");
        if (!file.exists()){
            System.out.println("文件不存在！");
            return;
        }
        int size = 0;
        int bufferSize = 0;
        Socket socket = new Socket("localhost",55335);
        OutputStream os = socket.getOutputStream();
        os.write((file.getName()+"\n").getBytes());
        os.flush();
        FileInputStream fis = new FileInputStream(file);
        while ((bufferSize=fis.read(bytes))!=-1){
            size+=bufferSize;
            os.write(bytes);
            System.out.println("已傳輸"+size+"B");
        }
        os.flush();
        System.out.println("傳輸完成");
        Thread.sleep(1000);
    }
}

客戶端代碼邏輯如下：

• 建立socket連接
• 先通過字符流把文件名發送到服務端
• 然后通過字節流把文件內容發送到服務端

分析過程

• 服務端在while ((bufferSize = is.read(bytes))!=-1) 時Connection Reset，即服務端數據還未讀取完畢，客戶端已退出
• 核對客戶端代碼，發現發送完數據，沉睡了一秒后結束運行。正常來說，測試文件比較小，應該可以正常接收完畢。但是客戶端最后並未執行socket.shutdownOutput()，通知服務端數據已發送完畢，導致服務端一直處理讀取數據狀態，但由於數據一直未就緒導致服務端IO堵塞。這時，客戶端退出，服務端就異常了
• 發現上述問題，我們在客戶端加上socket.shutdownOutput()，服務端正常執行完畢，驗證上述結論
• 出現新的問題，服務端未接收到后續發送到的數據，本地只寫入了一個空文件
• debug模式開啟，在客戶端while ((bufferSize=fis.read(bytes))!=-1) 加上斷點，服務端竟然可以接收到數據。感覺有點奇怪，隨后又在客戶端第一次輸出流os.flush()后沉睡一秒，去除斷點也可以正常執行並接收到數據。看來和發送接收的時間點有關系，糾結中...
• 客戶端中有兩次發送數據，第一次可以接收，第二次不行。兩次中間增加執行間隔，又都可以。可以得出，肯定是前一次發送對第二次造成了影響。隨后，把第一次發送文件名的代碼注釋掉，同時注釋掉服務端接收的代碼，文件數據接收正常
• 觀察兩次寫入的不同，第一次內容加上了換行符。然后再看服務端代碼，第一次使用的緩存字符流，讀完文件內容時使用的卻是字節流，交替使用了緩沖字符流和字節流
• 這樣就可以解釋上述現象了，緩沖字符流讀取數據時有緩存，直接轉向InputStream去讀取，緩存中的數據是讀不到的。因為測試發送的數據量比較小，都進入了緩沖區，轉換成字節流后就造成讀取不到任何數據的情況。加斷點或者沉睡，延緩了第二次數據發送，服務端在切換成字節流后才接收到數據，所以又可以正常接收

解決方案

使用字節流或者字符流，不要交替使用

• 字節流：先發送文件名占用字節數(int類型)，再發送文件名，最后發送文件內容。服務端先讀取4個字節轉化為int，並作為第二次讀取的字節數讀取文件名，最后按指定步長讀取文件內容
• 字符流：逐行讀取文件並發送，服務端統一為字符流讀取