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Java网络编程：从基础到实战

news 2025/9/21 9:42:38

Java网络编程详解：从基础到实践

网络通信架构

网络编程中存在两种主流通信架构，它们各自有着不同的应用场景和特点：

1. BS架构（Browser/Server）

BS架构即浏览器/服务器架构，其核心特点是：

  • 客户端无需专门开发，直接使用浏览器作为客户端
  • 服务端负责处理所有业务逻辑和数据存储
  • 通信基于HTTP/HTTPS等应用层协议
  • 优点：维护成本低，跨平台性好，无需安装客户端
  • 缺点：对网络依赖性强，用户体验受浏览器限制

2. CS架构（Client/Server）

CS架构即客户端/服务器架构，其核心特点是：

  • 需要专门开发客户端应用程序
  • 服务端提供数据服务和核心业务逻辑
  • 可以使用自定义协议进行通信
  • 优点：响应速度快，用户体验好，可离线工作
  • 缺点：客户端维护成本高，跨平台性差

网络编程三要素

任何网络通信都离不开三个核心要素：IP地址、端口号和通信协议。

1. IP地址

IP地址是网络中设备的唯一标识，用于在网络中定位设备。

IP地址的分类
  • IPv4：由32位二进制数组成，采用点分十进制表示（如192.168.1.1）
  • IPv6：由128位二进制数组成，采用冒分十六进制表示（如2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334）
IP地址的类型
  • 公网IP：可以直接连接互联网的IP地址，全球唯一
  • 内网IP：仅在局域网内使用的IP地址，不同局域网可以重复
  • 回环地址：127.0.0.1（对应主机名localhost），用于本机内部通信
查看IP地址

在Windows系统中，可通过命令行执行ipconfig命令查看本机IP地址；在Linux/Mac系统中，可使用ifconfig或ip addr命令。

Java中的InetAddress类

Java提供了InetAddress类来操作IP地址，常用方法如下：

import java.net.InetAddress;
import java.net.UnknownHostException;public class InetAddressDemo {public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {// 获取本地主机的IP地址对象InetAddress localHost = InetAddress.getLocalHost();System.out.println("本地主机名: " + localHost.getHostName());System.out.println("本地IP地址: " + localHost.getHostAddress());// 根据主机名获取IP地址对象InetAddress baidu = InetAddress.getByName("www.baidu.com");System.out.println("百度主机名: " + baidu.getHostName());System.out.println("百度IP地址: " + baidu.getHostAddress());// 测试IP地址是否可达try {boolean reachable = baidu.isReachable(3000); // 超时时间3秒System.out.println("百度服务器是否可达: " + (reachable ? "是" : "否"));} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}
}

2. 端口号

端口号是设备上应用程序的唯一标识，用于区分同一设备上的不同应用程序。

端口号的范围
  • 0-1023：系统保留端口，用于知名服务（如80端口用于HTTP，443端口用于HTTPS）
  • 1024-49151：注册端口，用于用户程序或第三方服务
  • 49152-65535：动态端口，用于临时分配
注意事项
  • 端口号必须与IP地址结合使用才能唯一标识网络中的某个应用程序
  • 同一台设备上不能有两个应用程序使用同一个端口号
  • 选择端口号时应避免使用知名端口和已被其他程序占用的端口

3. 通信协议

协议是网络通信的规则和标准，规定了数据的格式、传输方式和交互流程。Java主要支持两种传输层协议：UDP和TCP。

UDP协议（User Datagram Protocol）

UDP是一种无连接的协议，其特点如下：

  • 通信前不需要建立连接
  • 数据传输不可靠，可能丢失或乱序
  • 传输效率高，开销小
  • 适用于实时通信（如视频通话、语音聊天）

Java中使用DatagramSocket和DatagramPacket类实现UDP通信：

UDP服务器端：

import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;public class UDPServer {public static void main(String[] args) throws Exception {// 创建DatagramSocket对象，并绑定到指定端口try (DatagramSocket socket = new DatagramSocket(8888)) {System.out.println("UDP服务器已启动，等待接收数据...");// 创建缓冲区用于接收数据byte[] buffer = new byte[1024];DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);// 接收数据socket.receive(packet);// 解析接收的数据String data = new String(packet.getData(), 0, packet.getLength());InetAddress clientAddress = packet.getAddress();int clientPort = packet.getPort();System.out.println("收到来自 " + clientAddress.getHostAddress() + ":" + clientPort + " 的数据: " + data);// 准备响应数据String response = "已收到你的消息: " + data;byte[] responseData = response.getBytes();// 创建发送数据包DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(responseData, responseData.length, clientAddress, clientPort);// 发送响应socket.send(responsePacket);System.out.println("响应已发送");}}
}

UDP客户端：

import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;public class UDPClient {public static void main(String[] args) throws Exception {// 创建DatagramSocket对象try (DatagramSocket socket = new DatagramSocket()) {// 准备发送的数据String message = "Hello, UDP Server!";byte[] data = message.getBytes();// 获取服务器地址InetAddress serverAddress = InetAddress.getByName("localhost");int serverPort = 8888;// 创建发送数据包DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, data.length, serverAddress, serverPort);// 发送数据socket.send(packet);System.out.println("数据已发送");// 准备接收响应byte[] buffer = new byte[1024];DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);// 接收响应socket.receive(responsePacket);// 解析响应数据String response = new String(responsePacket.getData(), 0, responsePacket.getLength());System.out.println("收到服务器响应: " + response);}}
}
TCP协议（Transmission Control Protocol）

TCP是一种面向连接的协议，其特点如下：

  • 通信前需要通过"三次握手"建立连接
  • 提供可靠的数据传输，保证数据不丢失、不重复、按序到达
  • 传输效率相对较低，开销较大
  • 适用于要求可靠传输的场景（如文件传输、邮件发送）

Java中使用Socket和ServerSocket类实现TCP通信：

TCP服务器端：

import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;public class TCPServer {public static void main(String[] args) throws Exception {// 创建ServerSocket对象，并绑定到指定端口try (ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888)) {System.out.println("TCP服务器已启动，等待客户端连接...");// 监听并接受客户端连接try (Socket socket = serverSocket.accept()) {System.out.println("客户端已连接: " + socket.getInetAddress().getHostAddress());// 获取输入流，用于接收客户端数据try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()))) {// 获取输出流，用于向客户端发送数据try (PrintWriter writer = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true)) {// 读取客户端发送的数据String message = reader.readLine();System.out.println("收到客户端消息: " + message);// 向客户端发送响应writer.println("服务器已收到消息: " + message);}}}}}
}

TCP客户端：

import java.io.*;
import java.net.Socket;public class TCPClient {public static void main(String[] args) throws Exception {// 创建Socket对象，连接到服务器try (Socket socket = new Socket("localhost", 8888)) {System.out.println("已连接到服务器");// 获取输出流，用于向服务器发送数据try (PrintWriter writer = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true)) {// 获取输入流，用于接收服务器数据try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()))) {// 向服务器发送数据String message = "Hello, TCP Server!";writer.println(message);System.out.println("已向服务器发送消息: " + message);// 接收服务器响应String response = reader.readLine();System.out.println("收到服务器响应: " + response);}}}}
}

TCP通信进阶

1. 实现多发多收

在实际应用中，通常需要实现客户端和服务器之间的多次数据交互：

多发多收服务器端：

import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;public class TCPMultiServer {public static void main(String[] args) throws Exception {try (ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888)) {System.out.println("服务器已启动，等待连接...");try (Socket socket = serverSocket.accept()) {System.out.println("客户端已连接");BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));PrintWriter writer = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);String message;// 使用循环实现多次接收while ((message = reader.readLine()) != null) {System.out.println("收到: " + message);// 如果客户端发送"exit"，则结束通信if ("exit".equals(message)) {writer.println("再见！");break;}writer.println("已收到: " + message);}}}}
}

多发多收客户端：

import java.io.*;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;public class TCPMultiClient {public static void main(String[] args) throws Exception {try (Socket socket = new Socket("localhost", 8888)) {System.out.println("已连接到服务器");PrintWriter writer = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));Scanner scanner = new Scanner(System.in);String message;// 使用循环实现多次发送while (true) {System.out.print("请输入要发送的消息（输入exit退出）: ");message = scanner.nextLine();writer.println(message);// 如果输入"exit"，则结束通信if ("exit".equals(message)) {break;}// 接收服务器响应String response = reader.readLine();System.out.println("服务器响应: " + response);}}}
}

2. 处理多个客户端连接

单一服务器通常需要同时处理多个客户端的连接，这可以通过多线程实现：

import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;public class MultiClientTCPServer {public static void main(String[] args) throws Exception {try (ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888)) {System.out.println("服务器已启动，等待客户端连接...");int clientCount = 0;// 循环接受多个客户端连接while (true) {Socket socket = serverSocket.accept();clientCount++;System.out.println("第" + clientCount + "个客户端已连接: " + socket.getInetAddress().getHostAddress());// 为每个客户端创建一个新线程处理请求new Thread(new ClientHandler(socket, clientCount)).start();}}}// 客户端处理器，负责处理单个客户端的通信static class ClientHandler implements Runnable {private Socket socket;private int clientId;public ClientHandler(Socket socket, int clientId) {this.socket = socket;this.clientId = clientId;}@Overridepublic void run() {try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));PrintWriter writer = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true)) {String message;while ((message = reader.readLine()) != null) {System.out.println("客户端" + clientId + "发送: " + message);if ("exit".equals(message)) {writer.println("再见！");break;}writer.println("服务器已收到客户端" + clientId + "的消息: " + message);}System.out.println("客户端" + clientId + "已断开连接");} catch (IOException e) {e.printStackTrace();} finally {try {socket.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}}
}

总结

Java网络编程提供了丰富的API来实现各种网络通信需求：

  • IP地址处理：使用InetAddress类操作IP地址和主机名
  • UDP通信：适用于实时性要求高但对可靠性要求不高的场景，使用DatagramSocket和DatagramPacket
  • TCP通信：适用于需要可靠传输的场景，使用Socket和ServerSocket
  • 高级应用：通过循环实现多发多收，通过多线程处理多个客户端连接

选择合适的通信方式和架构取决于具体的应用场景，理解各种技术的特点和适用范围是进行有效网络编程的基础。

常用方法补充

在之前的基础上，补充一些网络编程中常用的方法和技巧，灵活地处理各种网络通信场景。

InetAddress类常用方法补充

除了之前介绍的方法外，InetAddress还有一些实用方法：

import java.net.InetAddress;
import java.net.UnknownHostException;public class InetAddressMoreMethods {public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {InetAddress address = InetAddress.getByName("www.example.com");// 检查是否是回环地址boolean isLoopback = address.isLoopbackAddress();System.out.println("是否是回环地址: " + isLoopback);// 检查是否是多播地址boolean isMulticast = address.isMulticastAddress();System.out.println("是否是多播地址: " + isMulticast);// 检查是否是链路本地地址boolean isLinkLocal = address.isLinkLocalAddress();System.out.println("是否是链路本地地址: " + isLinkLocal);// 检查是否是站点本地地址boolean isSiteLocal = address.isSiteLocalAddress();System.out.println("是否是站点本地地址: " + isSiteLocal);// 获取原始IP地址字节数组byte[] rawAddress = address.getAddress();System.out.println("原始IP地址字节数: " + rawAddress.length);}
}

Socket类常用方法补充

Socket类提供了许多方法来获取连接信息和设置连接属性：

import java.net.Socket;
import java.net.InetAddress;public class SocketMoreMethods {public static void main(String[] args) {try (Socket socket = new Socket("www.example.com", 80)) {// 获取远程服务器地址InetAddress remoteAddr = socket.getInetAddress();System.out.println("远程地址: " + remoteAddr);// 获取远程端口int remotePort = socket.getPort();System.out.println("远程端口: " + remotePort);// 获取本地地址InetAddress localAddr = socket.getLocalAddress();System.out.println("本地地址: " + localAddr);// 获取本地端口int localPort = socket.getLocalPort();System.out.println("本地端口: " + localPort);// 检查连接是否还保持着boolean isConnected = socket.isConnected();System.out.println("是否已连接: " + isConnected);// 检查连接是否已关闭boolean isClosed = socket.isClosed();System.out.println("是否已关闭: " + isClosed);// 设置SO_TIMEOUT，读取数据时的超时时间socket.setSoTimeout(5000); // 5秒System.out.println("SO_TIMEOUT: " + socket.getSoTimeout());// 设置是否启用心跳机制socket.setKeepAlive(true);System.out.println("是否启用心跳: " + socket.getKeepAlive());// 设置是否禁用Nagle算法socket.setTcpNoDelay(true);System.out.println("是否禁用Nagle算法: " + socket.getTcpNoDelay());} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}
}

ServerSocket类常用方法补充

ServerSocket类也提供了一些实用方法：

import java.net.ServerSocket;
import java.net.InetAddress;public class ServerSocketMoreMethods {public static void main(String[] args) {try (ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888)) {// 获取服务器绑定的地址InetAddress inetAddress = serverSocket.getInetAddress();System.out.println("绑定地址: " + inetAddress);// 获取服务器监听的端口int port = serverSocket.getLocalPort();System.out.println("监听端口: " + port);// 设置积压队列大小serverSocket.setBacklog(50);// 检查服务器是否已关闭boolean isClosed = serverSocket.isClosed();System.out.println("是否已关闭: " + isClosed);// 获取服务器的接收缓冲区大小int receiveBufferSize = serverSocket.getReceiveBufferSize();System.out.println("接收缓冲区大小: " + receiveBufferSize);// 设置服务器的接收缓冲区大小serverSocket.setReceiveBufferSize(8192);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}
}

DatagramSocket常用方法补充

对于UDP通信，DatagramSocket有这些常用方法：

import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;public class DatagramSocketMoreMethods {public static void main(String[] args) {try (DatagramSocket socket = new DatagramSocket(8888)) {// 获取本地地址InetAddress localAddr = socket.getLocalAddress();System.out.println("本地地址: " + localAddr);// 获取本地端口int localPort = socket.getLocalPort();System.out.println("本地端口: " + localPort);// 设置超时时间socket.setSoTimeout(3000);System.out.println("超时时间: " + socket.getSoTimeout());// 设置是否广播socket.setBroadcast(true);System.out.println("是否允许广播: " + socket.getBroadcast());// 获取接收缓冲区大小int bufferSize = socket.getReceiveBufferSize();System.out.println("接收缓冲区大小: " + bufferSize);// 设置接收缓冲区大小socket.setReceiveBufferSize(8192);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}
}

网络连接工具类

下面是一个实用的网络工具类，封装了一些常用的网络操作：

import java.net.*;
import java.io.*;public class NetworkUtils {/*** 检查主机是否可达* @param host 主机名或IP地址* @param timeout 超时时间(毫秒)* @return 是否可达*/public static boolean isHostReachable(String host, int timeout) {try {return InetAddress.getByName(host).isReachable(timeout);} catch (Exception e) {return false;}}/*** 检查端口是否开放* @param host 主机名或IP地址* @param port 端口号* @param timeout 超时时间(毫秒)* @return 端口是否开放*/public static boolean isPortOpen(String host, int port, int timeout) {try (Socket socket = new Socket()) {socket.connect(new InetSocketAddress(host, port), timeout);return true;} catch (Exception e) {return false;}}/*** 获取本机所有IP地址*/public static void printAllLocalIPs() {try {Enumeration<NetworkInterface> interfaces = NetworkInterface.getNetworkInterfaces();while (interfaces.hasMoreElements()) {NetworkInterface iface = interfaces.nextElement();// 过滤回环接口和未启用的接口if (iface.isLoopback() || !iface.isUp()) continue;Enumeration<InetAddress> addresses = iface.getInetAddresses();while (addresses.hasMoreElements()) {InetAddress addr = addresses.nextElement();System.out.println("IP地址: " + addr.getHostAddress() + ", 接口: " + iface.getDisplayName());}}} catch (SocketException e) {throw new RuntimeException(e);}}/*** 简单的HTTP GET请求*/public static String httpGet(String urlString) throws Exception {URL url = new URL(urlString);try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(url.openStream()))) {StringBuilder result = new StringBuilder();String line;while ((line = reader.readLine()) != null) {result.append(line);}return result.toString();}}
}

使用示例

public class NetworkUtilsDemo {public static void main(String[] args) {// 检查主机是否可达boolean reachable = NetworkUtils.isHostReachable("www.baidu.com", 3000);System.out.println("百度服务器是否可达: " + reachable);// 检查端口是否开放boolean portOpen = NetworkUtils.isPortOpen("www.baidu.com", 80, 3000);System.out.println("百度服务器80端口是否开放: " + portOpen);// 打印本机所有IP地址System.out.println("\n本机IP地址:");NetworkUtils.printAllLocalIPs();// 简单的HTTP GET请求示例try {System.out.println("\n获取百度首页内容长度: " + NetworkUtils.httpGet("https://www.baidu.com").length());} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}
}

这些常用方法和工具类可以帮助你更高效地进行Java网络编程，处理各种常见的网络操作场景。在实际开发中，根据具体需求选择合适的方法，并注意异常处理和资源释放。

http://www.dtcms.com/a/392965.html

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