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网络编程

news 2025/9/27 11:58:58

Java 网络编程是实现 Java 程序之间跨网络通信的技术，主要基于 TCP/IP 协议栈，通过 Java 提供的java.net包实现。以下从核心概念到实际应用详解 Java 网络编程：

一、网络编程基础概念

IP 地址：标识网络中的设备（如192.168.1.1），Java 中用InetAddress类表示。
端口号：标识设备上的进程（0-65535，其中 0-1023 为知名端口，如 HTTP 的 80）。
协议：
- TCP：面向连接、可靠传输（三次握手建立连接，四次挥手断开），适合大数据传输（如文件传输）。
- UDP：无连接、不可靠传输（数据可能丢失），速度快，适合实时通信（如视频通话）。
Socket（套接字）：IP + 端口的组合，是网络通信的端点，Java 中通过Socket（客户端）和ServerSocket（TCP 服务器）实现。

二、TCP 编程（面向连接）

TCP 通信需先建立连接，再传输数据，步骤如下：

1. TCP 服务器（ServerSocket）

创建ServerSocket并绑定端口。
调用accept()监听客户端连接（阻塞方法）。
通过输入流读取客户端数据，输出流发送响应。
通信结束后关闭流和 Socket。

2. TCP 客户端（Socket）

创建Socket并指定服务器 IP 和端口。
通过输出流发送数据，输入流接收响应。
通信结束后关闭流和 Socket。

示例代码：

// TCP服务器
public class TCPServer {public static void main(String[] args) throws IOException {// 1. 创建服务器Socket，绑定端口8888ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);System.out.println("服务器启动，等待客户端连接...");// 2. 监听客户端连接（阻塞）Socket socket = serverSocket.accept();System.out.println("客户端已连接：" + socket.getInetAddress());// 3. 获取输入流（读客户端数据）BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream(), "UTF-8"));// 获取输出流（向客户端写数据）PrintWriter pw = new PrintWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream(), "UTF-8"), true);// 4. 通信过程String msg;while ((msg = br.readLine()) != null) {System.out.println("收到客户端消息：" + msg);pw.println("服务器已收到：" + msg); // 发送响应if ("exit".equals(msg)) break; // 退出条件}// 5. 关闭资源pw.close();br.close();socket.close();serverSocket.close();}
}// TCP客户端
public class TCPClient {public static void main(String[] args) throws IOException {// 1. 连接服务器（IP为localhost，端口8888）Socket socket = new Socket("localhost", 8888);// 2. 获取输出流（向服务器写数据）PrintWriter pw = new PrintWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream(), "UTF-8"), true);// 获取输入流（读服务器响应）BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream(), "UTF-8"));// 从控制台输入BufferedReader consoleBr = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));// 3. 通信过程String msg;while ((msg = consoleBr.readLine()) != null) {pw.println(msg); // 发送数据到服务器if ("exit".equals(msg)) break;System.out.println("服务器响应：" + br.readLine());}// 4. 关闭资源consoleBr.close();br.close();pw.close();socket.close();}
}

三、UDP 编程（无连接）

UDP 无需建立连接，直接发送数据报（DatagramPacket），步骤如下：

1. UDP 发送端

创建DatagramSocket（可指定端口，也可随机分配）。
构建DatagramPacket（包含数据、长度、目标 IP 和端口）。
调用send()发送数据报。

2. UDP 接收端

创建DatagramSocket并绑定端口。
创建空DatagramPacket用于接收数据。
调用receive()接收数据（阻塞方法）。

示例代码：

// UDP发送端
public class UDPSender {public static void main(String[] args) throws IOException {// 1. 创建发送端SocketDatagramSocket socket = new DatagramSocket();// 2. 准备数据String msg = "Hello UDP!";byte[] data = msg.getBytes("UTF-8");// 目标地址和端口（localhost:9999）InetAddress address = InetAddress.getByName("localhost");int port = 9999;// 3. 打包数据DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, data.length, address, port);// 4. 发送socket.send(packet);System.out.println("数据已发送");// 5. 关闭socket.close();}
}// UDP接收端
public class UDPReceiver {public static void main(String[] args) throws IOException {// 1. 创建接收端Socket，绑定端口9999DatagramSocket socket = new DatagramSocket(9999);System.out.println("接收端启动，等待数据...");// 2. 创建数据包用于接收（缓冲区大小为1024）byte[] buffer = new byte[1024];DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);// 3. 接收数据（阻塞）socket.receive(packet);// 4. 解析数据String msg = new String(packet.getData(), 0, packet.getLength(), "UTF-8");System.out.println("收到来自 " + packet.getAddress() + " 的数据：" + msg);// 5. 关闭socket.close();}
}

四、URL 与 HTTP 编程

Java 通过URL和URLConnection类支持 HTTP 等高层协议：

1. URL（统一资源定位符）

表示互联网资源地址（如https://www.example.com/index.html），可直接读取资源内容。

示例：

public class URLDemo {public static void main(String[] args) throws IOException {URL url = new URL("https://www.example.com");// 打开连接URLConnection conn = url.openConnection();// 获取输入流读取内容try (BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(conn.getInputStream(), "UTF-8"))) {String line;while ((line = br.readLine()) != null) {System.out.println(line); // 打印网页内容}}}
}

2. HTTP 客户端（JDK 11+ HttpClient）

JDK 11 引入的HttpClient支持同步 / 异步 HTTP 请求，替代传统的HttpURLConnection：

import java.net.URI;
import java.net.http.HttpClient;
import java.net.http.HttpRequest;
import java.net.http.HttpResponse;
import java.time.Duration;public class HttpClientDemo {public static void main(String[] args) throws Exception {// 创建客户端HttpClient client = HttpClient.newBuilder().connectTimeout(Duration.ofSeconds(10)).build();// 创建请求HttpRequest request = HttpRequest.newBuilder().uri(URI.create("https://www.example.com")).GET() // 默认方法.build();// 发送同步请求HttpResponse<String> response = client.send(request, HttpResponse.BodyHandlers.ofString());// 输出响应System.out.println("状态码：" + response.statusCode());System.out.println("响应体：" + response.body());}
}

五、高级特性

多线程服务器：单个服务器同时处理多个客户端连接（为每个客户端创建线程）。

// 多线程TCP服务器示例（简化）
public class MultiThreadTCPServer {public static void main(String[] args) throws IOException {ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);while (true) {Socket socket = serverSocket.accept(); // 循环接收客户端// 为每个客户端启动新线程处理new Thread(() -> handleClient(socket)).start();}}private static void handleClient(Socket socket) {// 处理客户端通信（代码同单线程服务器）}
}