在一次技术面试中，TCP 协议（Transmission Control Protocol）经常会被提及。对程序员来说，理解 TCP 的运作原理非常重要。今天，我们将通过详细解析 TCP 的三次握手和四次挥手，帮助你掌握 TCP 的各个状态。

为什么三次握手与四次挥手重要？

TCP 协议主要用于确保数据传输的可靠性。我们通过三次握手建立连接，通过四次挥手关闭连接。掌握这些流程的细节能让你更好地理解 TCP 的核心机制，也包含了 TCP 各个状态的转变。

TCP 三次握手

三次握手是 TCP 连接建立的过程，确保客户端和服务器能够互相通信并开始传输数据。

流程详解：

1. 客户端发送 SYN：客户端向服务器发送一个 SYN 数据包，表示请求建立连接。这时，客户端进入 SYN_SENT 状态。

    Client: SYN=1, Seq=x
    State: SYN_SENT

2. 服务器响应 SYN-ACK：服务器收到 SYN 数据包后，发送一个 SYN+ACK 数据包回到客户端，表示同意连接请求，并进入 SYN_RECEIVED 状态。

    Server: SYN=1, ACK=1, Seq=y, Ack=x+1
    State: SYN_RECEIVED

3. 客户端发送 ACK：客户端收到 SYN+ACK 后，发送一个 ACK 数据包给服务器，表示连接建立完成。客户端和服务器都进入 ESTABLISHED 状态，连接建立完成。

    Client: ACK=1, Seq=x+1, Ack=y+1
    State: ESTABLISHED

TCP 四次挥手

四次挥手用于优雅地关闭 TCP 连接，确保所有数据传输都已完成并得到确认。

流程详解：

1. 客户端发送 FIN：客户端发送一个 FIN 数据包给服务器，表示请求关闭连接。这时，客户端进入 FIN_WAIT_1 状态。

    Client: FIN=1, Seq=x
    State: FIN_WAIT_1

2. 服务器发送 ACK：服务器收到 FIN 后，发送一个 ACK 确认数据包，客户端进入 FIN_WAIT_2 状态，服务器进入 CLOSE_WAIT 状态。

    Server: ACK=1, Seq=y, Ack=x+1
    State: CLOSE_WAIT
    Client: State: FIN_WAIT_2

3. 服务器发送 FIN：服务器发送一个 FIN 数据包给客户端，表示可以关闭连接了。这时，服务器进入 LAST_ACK 状态。

    Server: FIN=1, Seq=y, Ack=x+1
    State: LAST_ACK

4. 客户端发送 ACK：客户端收到 FIN 后，发送一个 ACK 确认数据包，并进入 TIME_WAIT 状态，以防止丢失数据。最后，客户端和服务器都进入 CLOSED 状态。

    Client: ACK=1, Seq=x+1, Ack=y+1
    State: TIME_WAIT -> CLOSED
    Server: State: CLOSED

TCP 状态大全

通过三次握手和四次挥手，我们可以涵盖 TCP 的所有状态：

1. LISTEN：服务器在监听传入的连接请求。
2. SYN_SENT：客户端发送了 SYN 包，等待确认。
3. SYN_RECEIVED：服务器收到 SYN 包，回复 SYN+ACK，并等待客户端确认。
4. ESTABLISHED：连接建立，数据传输可以开始。
5. FIN_WAIT_1：客户端发送了 FIN 包，等待服务器确认。
6. FIN_WAIT_2：客户端已收到服务器确认，等待服务器发送 FIN 包。
7. CLOSE_WAIT：服务器收到关闭请求，等待发送最后的数据。
8. LAST_ACK：服务器发送了 FIN 包，等待客户端确认。
9. TIME_WAIT：客户端等待一段时间确保服务器已收到 ACK。
10. CLOSED：连接已关闭。

实战示例代码

下面我们使用 Java 来实现一个简单的 TCP 服务器和客户端，演示三次握手的过程。

服务器代码：

import java.io.*;
import java.net.*;

public class TCPServer {
    public static void main(String[] args) {
        try (ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080)) {
            System.out.println("Server listening on port 8080");

            while (true) {
                Socket clientSocket = serverSocket.accept(); // 受理客户端连接请求
                System.out.println("Client connected");

                BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(clientSocket.getInputStream()));
                PrintWriter out = new PrintWriter(clientSocket.getOutputStream(), true);

                String message;
                while ((message = in.readLine()) != null) {
                    System.out.println("Received: " + message);
                    out.println("Echo: " + message);
                }
                clientSocket.close();
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

客户端代码：

import java.io.*;
import java.net.*;

public class TCPClient {
    public static void main(String[] args) {
        try (Socket socket = new Socket("localhost", 8080)) {
            PrintWriter out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);
            BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));

            out.println("Hello, Server!");
            System.out.println("Server response: " + in.readLine());
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

源码解析

1. 服务器代码解析：创建 ServerSocket 对象，监听端口 8080。使用 accept() 方法受理客户端连接请求，建立连接。通过 BufferedReader 和 PrintWriter 进行数据读写操作。收到客户端消息时，将消息回显给客户端。
2. 客户端代码解析：创建 Socket 对象，连接服务器的 8080 端口。使用 PrintWriter 向服务器发送消息。使用 BufferedReader 接收服务器响应。

通过这个简单的示例代码，我们可以直观地理解 TCP 连接的基本实现和数据传输过程。实际开发中，你可能需要处理更多异常和状态转移，但这些基本概念和流程将始终是理解和实现 TCP 连接的基础。

总结

通过全面解析三次握手与四次挥手流程，我们涵盖了 TCP 状态的各个方面。掌握这些知识不仅能提高你在面试中的表现，还能为你的日常开发提供坚实的基础。

运用这些知识，驾驭网络编程，让你的技术水平更上一层楼！

坚持学习，每天进步一点点！

分享就是力量，祝你面试成功！

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