15 | 怎么老是出现“地址已经被使用”？

盛延敏

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该思维导图由 AI 生成，仅供参考

你好，我是盛延敏，这里是网络编程实战的第 15 讲，欢迎回来。
上一讲我们讲到 UDP 也可以像 TCP 一样，使用 connect 方法，以快速获取异步错误的信息。在今天的内容里，我们将讨论服务器端程序重启时，地址被占用的原因和解决方法。
我们已经知道，网络编程中，服务器程序需要绑定本地地址和一个端口，然后就监听在这个地址和端口上，等待客户端连接的到来。在实战中，你可能会经常碰到一个问题，当服务器端程序重启之后，总是碰到“Address in use”的报错信息，服务器程序不能很快地重启。那么这个问题是如何产生的？我们又该如何避免呢？
今天我们就来讲一讲这个“地址已经被使用”的问题。
从例子开始为了引入讨论，我们从之前讲过的一个 TCP 服务器端程序开始说起：
static int count;
static void sig_int(int signo) {
    printf("\nreceived %d datagrams\n", count);
    exit(0);
}
int main(int argc, char **argv) {
    int listenfd;
    listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    struct sockaddr_in server_addr;
    bzero(&server_addr, sizeof(server_addr));
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    server_addr.sin_port = htons(SERV_PORT);
    int rt1 = bind(listenfd, (struct sockaddr *) &server_addr, sizeof(server_addr));
    if (rt1 < 0) {
        error(1, errno, "bind failed ");
    }
    int rt2 = listen(listenfd, LISTENQ);
    if (rt2 < 0) {
        error(1, errno, "listen failed ");
    }
    signal(SIGPIPE, SIG_IGN);
    int connfd;
    struct sockaddr_in client_addr;
    socklen_t client_len = sizeof(client_addr);
    if ((connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *) &client_addr, &client_len)) < 0) {
        error(1, errno, "bind failed ");
    }
    char message[MAXLINE];
    count = 0;
    for (;;) {
        int n = read(connfd, message, MAXLINE);
        if (n < 0) {
            error(1, errno, "error read");
        } else if (n == 0) {
            error(1, 0, "client closed \n");
        }
        message[n] = 0;
        printf("received %d bytes: %s\n", n, message);
        count++;
    }
}
这个服务器端程序绑定到一个本地端口，使用的是通配地址 ANY，当连接建立之后，从该连接中读取输入的字符流。
启动服务器，之后我们使用 Telnet 登录这个服务器，并在屏幕上输入一些字符，例如：network，good。
和我们期望的一样，服务器端打印出 Telnet 客户端的输入。在 Telnet 端关闭连接之后，服务器端接收到 EOF，也顺利地关闭了连接。服务器端也可以很快重启，等待新的连接到来。

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解释
总结

本文深入探讨了网络编程中常见的“地址已被使用”问题及其解决方法。通过引入TCP服务器端程序的实例，作者指出了服务器程序重启后出现“Address in use”错误的原因，并介绍了TIME_WAIT状态对此的影响。文章重点介绍了重用套接字选项SO_REUSEADDR的作用和使用方法，以避免因TIME_WAIT状态导致的错误，并允许在一台服务器上使用多个地址提供相同端口的服务。总的来说，本文通过实例和技术原理阐述了解决“地址已被使用”问题的方法，对于网络编程中遇到类似问题的读者具有一定的参考价值。最佳实践建议在所有TCP服务器程序中，在调用bind之前设置SO_REUSEADDR套接字选项，以便在极短时间内复用同一个端口启动服务端程序。此外，文章还提出了两个思考题，引发读者深入思考和讨论。

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J.M.Liu
关于tcp_tw_reuse和SO_REUSEADDR的区别，可以概括为：tcp_tw_reuse是为了缩短time_wait的时间，避免出现大量的time_wait链接而占用系统资源，解决的是accept后的问题；SO_REUSEADDR是为了解决time_wait状态带来的端口占用问题，以及支持同一个port对应多个ip，解决的是bind时的问题。
作者回复: 总结得不错。
2019-09-07
4
87
xupeng1644
老师思考题第二题的答案是什么啊
作者回复: 因为SO_REUSEADDR是针对新建立的连接才起作用，对已建立的连接设置是无效的。
2020-01-15

29
G先生
UDP的SO_REUSEADDR使用场景比较多的是组播网络，好处是，如我们在接收组播流的时候，比如用ffmpeg拉取了一个组播流，但是还想用ffmpeg拉取相同的组播流，这个时候就需要地址重用了
作者回复: 👍
2019-10-13
2
22
惘闻
老师我有个疑问，这里的服务器直接关闭了连接，在关闭连接之前发送了FIN报文，此时就已经关闭了吧？所以就收不到客户端回复的ack以及客户端的fin了，连接关闭发起方还未走到接收对端发送的fin的那一步，此时也会进入timewait阶段吗？
作者回复: 有几个需要澄清的问题，所谓FIN-ACK这些都是协议栈在帮我们处理，虽然应用服务器已经关闭，这些处理能力还会在内核得以执行的，只不过我们应用程序进程已经退出，没有办法收到内核对这些事件的传递。所以，连接关闭发起方，还是会进入TIME_WAIT状态。
2020-09-11
4
14
HerofH
老师您好，我有个疑问，根据我的理解，TIME_WAIT是主动关闭方才会存在的状态，而服务端很多时候都是被动关闭方，为什么也会有TIME_WAIT状态呢？还是说服务端套接字设置SO_REUSEADDR只是用于服务端主动关闭的情况（比如快速重启）呢？
作者回复: 你的理解是对的。
2019-12-26

9
海盗船长
老师是不是Address already in use。我最长等待2msl时间后重启就不会有问题啦？
作者回复: 你如果等也是可以的.......
2020-04-10
3
7
vv_test
TCP 的机制绝对不允许在相同的地址和端口上绑定不同的服务器。老师您好请问一下，Nginx 的master跟woker都是监听80端口，他们都有各自的进程号。那他们这种为什么可以多次绑定的
作者回复: 不是这样的哦，Nginx在80端口上监听，worker只是开启的内部干活的线程，并不真的监听在80端口上
2021-06-12
2
5
pc
老师有几个疑问～ 1、对于客户端理论上也会发生Address already in use 的错误吧？（当没有SO_REUSEADDR、端口也重复了时）是在connect的时候报错吗？ 2、“一个 TCP 连接是通过四元组(源地址、源端口、目的地址、目的端口)来唯一确定”--这句话不是很理解，对于服务端bind的时候不是没有目的地址吗？难道是在accept的时候报错吗？可是accept时候不是阻塞等待客户端连接吗？没有很理清楚....
作者回复: 1.我觉得是的； 2.bind的时候还没有建立TCP连接哦，只有accept成功返回才真正的建立了一个TCP连接，这个时候才有四元组可以描述这个TCP连接。
2020-06-03

3
凌空飞起的剪刀腿
第一道，之前我们看到的例子，都是对 TCP 套接字设置 SO_REUSEADDR 套接字选项，你知道吗，我们也可以对 UDP 设置 SO_REUSEADDR 套接字选项。那么问题来了，对 UDP 来说，设置 SO_REUSEADDR 套接字选项有哪些场景和好处呢？ UDP的SO_REUSEADDR使用场景比较多的是组播网络，好处是，如我们在接收组播流的时候，比如用ffmpeg拉取了一个组播流，但是还想用ffmpeg拉取相同的组播流，这个时候就需要地址重用了第二道，在服务器端程序中，设置 SO_REUSEADDR 套接字选项时，需要在 bind 函数之前对监听字进行设置，想一想，为什么不是对已连接的套接字进行设置呢？因为SO_REUSEADDR是针对新建立的连接才起作用，对已建立的连接设置是无效的。
作者回复: 👍
2021-05-20

2
linker
听完之后，程序也做了调试，但是一周又忘记了，看来还是得反复听，反复练习啊！
作者回复: 嗯，反复练习最重要。
2020-03-21

2

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