一、TCP端口号重用概述
TCP端口号重用（TCP Port Number Reuse）是指在两个不同的或相同的TCP连接中可以重复使用相同的端口号，该特性可以让运行在同一主机或者不同主机上的不同应用程序来同时监听同一端口。
TCP端口号重用对于服务器程序来说具有重要的意义，它可以让多个不同的服务程序共享同一端口号，从而节省宝贵的端口资源和提高服务程序的灵活性，同时也能够降低多端口同时监听可能造成的网络拥塞问题。
通过TCP端口重用，服务器程序不仅可以向网络提供多种服务，还可以在客户端认为自己在连接多个独立的服务器的同时，实际上只连接了一个有效服务进程。因此，TCP端口号重用为服务端应用程序带来了更高的效率、更灵活的操作和更低的开销。
二、TCP端口号重用的优势
1、节省端口资源：TCP端口号重用允许多个应用程序共享同一端口号，从而可以节省宝贵的端口资源，避免资源浪费。
2、提高程序灵活性：TCP端口号重用可以让多个应用程序监听相同的端口号，避免了对多个端口进行管理，增加了程序的灵活性。
3、降低网络拥塞问题：当大量的应用程序同时监听大量的TCP端口时，可能造成网络拥塞问题，而TCP端口号重用则可以降低这个问题的风险。
三、TCP端口号重用实现方式
实现TCP端口号重用可以通过三种不同的方法：
1、SO_REUSEADDR套接字选项
SO_REUSEADDR是一种socket选项，它启用端口复用，可以让一个socket绑定到一个处于TIME_WAIT状态的端口，而不用等待他自然释放。在listen socket创建之后、bind之前设置。
int option_value = 1;
setsockopt(sock_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &option_value, sizeof(option_value));
2、SO_REUSEPORT套接字选项
SO_REUSEPORT是一种socket选项，在Linux 3.9内核中引入。它允许绑定IP和端口上的多个应用程序，可以在一个系统中启动多个进程或线程监听同一端口，从而提升并发性。
int option_value = 1;
setsockopt(sock_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEPORT, &option_value, sizeof(option_value));
3、端口多重绑定机制
更加底层的实现方式是端口多重绑定机制，通过对内核中继承自NetBSD的SO_REUSEPORT_LB进行设置，实现端口多重绑定。使用SO_REUSEPORT_LB可以指定由多个进程来监听同一个端口，这样就可以在进程间实现负载均衡。
int count = 4;
setsockopt(sock_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEPORT_LB, &count, sizeof(count));
四、TCP端口号重用的应用场景
1、希望利用同一个端口号共享资源的应用程序，如Nginx、Apache、HAProxy等。他们的实现方式是通过主进程监听端口，然后在子进程中分别处理不同的请求。
2、适用于负载均衡的应用程序。可将不同实例的进程或线程挂载到同一个端口号上来协同负载均衡。
3、UDP应用程序，同一终端节点上的UDP套接字不受tcp端口重用选项影响，不需要在listen之前设置socket选项，而是在bind之间进行设置。
五、总结
本文详细介绍了TCP端口号重用的概念、优势、实现方式和应用场景。TCP端口号重用是服务器程序的一个重要特性，它可以让多个应用程序共享同一端口号，从而节省宝贵的端口资源，提高程序灵活性和降低网络拥塞问题，特别适用于负载均衡的应用程序和UDP应用程序。
