Socket 一說起來肯定都並不陌生，大概一說出來所有人的第一反應就是，這是個做端到端長連接通信的。一點問題沒有，很對。但是如果要是有人問起，基於UDP的Socket和基於TCP的Socket有什麼區別？一個Socket的連接都經歷了什麼？監聽Socket和真正Socket傳輸是一個Socket嗎？Socket編程都要設置啥參數？等等的一系列問題。如果這些問題你能夠做到胸有成竹，大概這邊文章對你也沒啥用處。如果想要了解下的可以接着往下看。
建立Socket需要設置很多參數？
並不是的，其實學習它並不需要記住很多亂七八糟意義的參數，因爲Socket 編程進行的是端到端的通信，往往意識不到中間經過多少局域網，多少路由，，因而能夠設置的參數，也只能是端到端協議之上網絡層和傳輸層的。
在網絡層，Socket 函數需要指定到底是 IPv4 還是 IPv6，分別對應設置爲 AF_INET 和 AF_INET6。另外，還要指定到底是 TCP 還是 UDP。TCP 協議是基於數據流的，所以設置爲 SOCK_STREAM，而 UDP 是基於數據報的，因而設置爲 SOCK_DGRAM。
監聽Socket和真正Socket傳輸是一個Socket嗎？
上面講到了，Socket會分爲是基於TCP的還是基於UDP的。
對於TCP而言，首先說明，監聽和傳輸並不是一個Socket。爲什麼呢？那就要先說明下基於TCP的Socket的連接過程。
TCP 的服務端要先監聽一個端口，一般是先調用 bind 函數，給這個 Socket 賦予一個 IP 地址和端口。當服務端有了 IP 和端口號，就可以調用 listen 函數進行監聽。在 TCP 的狀態裏面，有一個 listen 狀態，當調用這個函數之後，服務端就進入了這個狀態，這個時候客戶端就可以發起連接了。在內核中，爲每個 Socket 維護兩個隊列。一個是已經建立了連接的隊列，這時候連接三次握手已經完畢，處於 established 狀態；一個是還沒有完全建立連接的隊列，這個時候三次握手還沒完成，處於 syn_rcvd 的狀態。接下來，服務端調用 accept 函數，拿出一個已經完成的連接進行處理。如果還沒有完成，就要等着。在服務端等待的時候，客戶端可以通過 connect 函數發起連接。先在參數中指明要連接的 IP 地址和端口號，然後開始發起三次握手。內核會給客戶端分配一個臨時的端口。一旦握手成功，服務端的 accept 就會返回另一個 Socket。
對於 UDP 來講，過程有些不一樣。UDP 是沒有連接的，所以不需要三次握手，也就不需要調用 listen 和 connect，但是，UDP 的的交互仍然需要 IP 和端口號，因而也需要 bind。UDP 是沒有維護連接狀態的，因而不需要每對連接建立一組 Socket，而是只要有一個 Socket，就能夠和多個客戶端通信。也正是因爲沒有連接狀態，每次通信的時候，都調用 sendto 和 recvfrom，都可以傳入 IP 地址和端口。
基於TCP和基於UDP的Socket連接過程是怎樣的？
上面基本介紹了Socket的連接過程，不過需要注意的是以下幾點：
1.TCP的服務端要先監聽一個端口，一般是先調用 bind 函數，給這個 Socket 賦予一個 IP 地址和端口。爲什麼需要端口呢？要知道，你寫的是一個應用程序，當一個網絡包來的時候，內核要通過 TCP 頭裏面的這個端口，來找到你這個應用程序，把包給你。
2.基於TCP的Scoket爲什麼要 IP 地址呢？有時候，一臺機器會有多個網卡，也就會有多個 IP 地址，你可以選擇監聽所有的網卡，也可以選擇監聽一個網卡，這樣，只有發給這個網卡的包，纔會給你。
3.說 TCP 的 Socket 在 Linux 中就是以文件的形式存在的。除此之外，還存在文件描述符。寫入和讀出，也是通過文件描述符。
有限的服務器資源如何接更多的連接？
首先沒事下爲什麼要考慮這個問題？答案很簡單，就是如何在有限的資源內支持更多的連接。
一般來說，服務器通常固定在某個本地端口上監聽，等待客戶端的連接請求。因此，服務端端 TCP 連接四元組中只有對端 IP, 也就是客戶端的 IP 和對端的端口，也即客戶端的端口是可變的，因此，最大 TCP 連接數 = 客戶端 IP 數×客戶端端口數。對 IPv4，客戶端的 IP 數最多爲 2 的 32 次方，客戶端的端口數最多爲 2 的 16 次方，也就是服務端單機最大 TCP 連接數，約爲 2 的 48 次方。
當然，服務端最大併發 TCP 連接數遠不能達到理論上限。首先主要是文件描述符限制，按照上面的原理，Socket 都是文件，所以首先要通過 ulimit 配置文件描述符的數目；另一個限制是內存，按上面的數據結構，每個 TCP 連接都要佔用一定內存，操作系統是有限的。
這裏我提出一個現在我個人覺得最好的一種方式：基於消息的IO多路複用。
所謂的多路複用通俗的類比一個例子就是，一個項目組照看多個項目，每個項目組都應該有個項目進度牆，將自己組看的項目列在那裏，一旦某個項目有了進展，就派人去盯一下。這個“項目進度牆”，是指一個文件描述符集合 fd_set ，由於 Socket 是文件描述符，所以某個線程盯的所有的 Socket，都會被存放在裏面。
如果有了改變，就會觸發事件進行通知，從而進行處理。能完成這件事情的函數叫 epoll，它在內核中的實現不是通過輪詢的方式，而是通過註冊 callback 函數的方式，當某個文件描述符發送變化的時候，就會主動通知。
如圖所示，假設進程打開了 Socket m, n, x 等多個文件描述符，現在需要通過 epoll 來監聽是否這些 Socket 都有事件發生。其中 epoll_create 創建一個 epoll 對象，也是一個文件，也對應一個文件描述符，同樣也對應着打開文件列表中的一項。在這項裏面有一個紅黑樹，在紅黑樹裏，要保存這個 epoll 要監聽的所有 Socket。
當 epoll_ctl 添加一個 Socket 的時候，其實是加入這個紅黑樹，同時紅黑樹裏面的節點指向一個結構，將這個結構掛在被監聽的 Socket 的事件列表中。當一個 Socket 來了一個事件的時候，可以從這個列表中得到 epoll 對象，並調用 call back 通知它。
這種通知方式使得監聽的 Socket 數據增加的時候，效率不會大幅度降低，能夠同時監聽的 Socket 的數目也非常的多了。上限就爲系統定義的、進程打開的最大文件描述符個數。因而，epoll 被稱爲解決 C10K 問題的利器。