如何避免在无响应服务器上调用connect()时程序阻塞

我尝试连接1.1.1.1的80和800端口，原本预期1.1.1.1:800的connect()调用会直接失败，但程序却在这个调用上完全陷入阻塞。我试过用SOCK_NONBLOCK标志，但这类小型应用里搞异步操作总觉得没必要。

原代码 #

#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>

void foo(uint16_t port) {
  printf("Starting for %d...\n", port);
  int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
  
  struct sockaddr_in sockaddr_in;
  sockaddr_in.sin_family = AF_INET;
  sockaddr_in.sin_addr.s_addr = inet_addr("1.1.1.1");
  sockaddr_in.sin_port = htons(port);
  
  printf(
    "connect: %d\n",
    connect(sockfd, (struct sockaddr*)&sockaddr_in, sizeof(sockaddr_in))
  );

  printf("Errno: %d\n", errno);

  close(sockfd);
}

int main() {
  foo(80);
  foo(800);
}

程序输出 #

Starting for 80...
connect: 0
Errno: 0
Starting for 800...

TCP的connect()调用在默认阻塞模式下，会一直等待对方响应：如果目标端口没有监听，对方会返回RST包，connect()会立即失败；但如果网络中出现丢包（比如防火墙拦截了包且未返回RST），connect()会触发TCP重传机制，持续尝试连接直到超时（通常几十秒），这就导致了程序阻塞。

不需要复杂的异步IO，给阻塞socket设置连接超时即可，以下两种简单方案可选：

方案1：用alarm()设置信号超时 #

在connect()前设置闹钟信号，超时后中断系统调用，实现简单：

#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <signal.h>

void sigalrm_handler(int sig) {
    // 空处理，仅用于中断connect
}

void foo(uint16_t port) {
    printf("Starting for %d...\n", port);
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    
    struct sockaddr_in sockaddr_in;
    sockaddr_in.sin_family = AF_INET;
    sockaddr_in.sin_addr.s_addr = inet_addr("1.1.1.1");
    sockaddr_in.sin_port = htons(port);

    // 注册信号并设置3秒超时
    signal(SIGALRM, sigalrm_handler);
    alarm(3);

    int ret = connect(sockfd, (struct sockaddr*)&sockaddr_in, sizeof(sockaddr_in));
    alarm(0); // 取消闹钟

    printf("connect: %d\n", ret);
    printf("Errno: %d\n", errno);

    close(sockfd);
}

int main() {
    foo(80);
    foo(800);
}

注意：该方案会使用全局SIGALRM信号，若程序其他逻辑也用到该信号会产生冲突。

方案2：用select()实现超时 #

临时将socket设为非阻塞，调用connect()后用select()等待可写并设置超时，无信号冲突问题：

#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/select.h>

void foo(uint16_t port) {
    printf("Starting for %d...\n", port);
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    
    // 临时设置非阻塞
    int flags = fcntl(sockfd, F_GETFL, 0);
    fcntl(sockfd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK);
    
    struct sockaddr_in sockaddr_in;
    sockaddr_in.sin_family = AF_INET;
    sockaddr_in.sin_addr.s_addr = inet_addr("1.1.1.1");
    sockaddr_in.sin_port = htons(port);

    int ret = connect(sockfd, (struct sockaddr*)&sockaddr_in, sizeof(sockaddr_in));
    int err = errno;

    if (ret == -1 && err == EINPROGRESS) {
        // 连接正在进行，用select等待3秒超时
        fd_set wfds;
        FD_ZERO(&wfds);
        FD_SET(sockfd, &wfds);

        struct timeval timeout = {3, 0};
        ret = select(sockfd + 1, NULL, &wfds, NULL, &timeout);

        if (ret == 0) {
            // 超时
            printf("connect: -1 (timeout)\n");
            err = ETIMEDOUT;
        } else if (ret > 0) {
            // 检查连接是否成功
            int optval;
            socklen_t optlen = sizeof(optval);
            getsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &optval, &optlen);
            if (optval == 0) {
                ret = 0;
                err = 0;
            } else {
                ret = -1;
                err = optval;
            }
        } else {
            // select调用出错
            err = errno;
        }
    }

    // 恢复原socket模式（可选）
    fcntl(sockfd, F_SETFL, flags);

    printf("connect: %d\n", ret);
    printf("Errno: %d\n", err);

    close(sockfd);
}

int main() {
    foo(80);
    foo(800);
}

该方案更灵活，适合大多数小型应用场景，无需复杂异步逻辑。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Hitsuki