Java 之网络编程

这篇文章将深入浅出地讲解 Java 网络编程，从基础概念到实战代码，带你逐步了解如何使用 Java 建立网络应用程序。

一、网络编程的基础知识

1. 网络模型：TCP 和 UDP

网络编程的核心在于网络协议，它们规定了网络数据传输的规则，最常见的两种是 TCP (Transmission Control Protocol，传输控制协议) 和 UDP (User Datagram Protocol，用户数据报协议)。

TCP 就像是一个可靠的快递员，它会仔细检查每个包裹，确保包裹完整无缺地送到目的地。特点：

面向连接： 就像打电话一样，在传输数据前需要建立连接，双方确认可以通话才能开始交流。
可靠性高： TCP 实现了数据校验和重传机制，保证数据完整性和顺序。
速度较慢： 由于需要建立连接和数据校验，TCP 速度相对较慢。
适用于： 要求高可靠性的场景，例如文件传输、在线游戏等。

UDP 就像是一个快递员，它只负责将包裹快速送到目的地，而不关心包裹是否完整，也可能丢失包裹。特点：

无连接： 无需建立连接，数据直接发送。
速度快： UDP 效率高，适用于实时性强的应用。
可靠性低： UDP 不保证数据完整性和顺序，可能会丢失数据。
适用于： 实时性要求高、对数据丢失容忍度高的场景，例如视频直播、网络游戏等。

举例说明：

下载电影：使用 TCP 协议，确保文件完整无缺地下载到本地。
在线游戏：使用 UDP 协议，即使偶尔丢包也不会影响游戏的实时性。

2. 网络编程的三要素

IP 地址： 网络中每个设备的唯一标识，用于定位设备。就像每个人的身份证号一样，IP 地址用于识别不同的计算机。
端口号： 用于区分不同应用程序，每个应用程序都使用不同的端口号。例如：80 端口用于 HTTP 服务，用来访问网页。
协议： 用于指定数据传输的规则，例如 TCP 和 UDP。

形象比喻：

IP 地址：就像你家住的地址，告诉别人你在哪里。
端口号：就像你家门上的门牌号，告诉别人你家是哪个。
协议：就像你的家门口的信箱，决定你收到的信件是平信还是快递。

二、Java 网络编程实战

1. 使用 Socket 类建立 TCP 连接

Socket 类是 Java 中用于建立 TCP 连接的核心类，它代表网络中两个应用程序之间通信的端点。

代码示例：(先运行服务器再运行客户端)

import java.io.*;
import java.net.*;public class TCPClient {public static void main(String[] args) throws IOException {// 1. 创建 Socket 对象，指定服务器 IP 地址和端口号Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8080); // 连接本地服务器 8080 端口// 2. 获取输入流和输出流，用于与服务器通信BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));PrintWriter out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true); // 设置 autoflush// 3. 发送数据到服务器out.println("Hello, server!");// 4. 接收服务器返回的数据String response = in.readLine();System.out.println("Server response: " + response);// 5. 关闭连接socket.close();}
}

代码解释:

创建 Socket 对象，传入服务器 IP 地址和端口号，建立连接。
获取 InputStream 用于接收服务器数据，获取 OutputStream 用于发送数据。
使用 PrintWriter 将数据写入输出流，true 参数设置自动刷新，确保数据及时发送。
使用 BufferedReader 从输入流读取服务器返回的数据。
最后关闭连接，释放资源。

服务器代码：

import java.io.*;
import java.net.*;public class TCPServer {public static void main(String[] args) throws IOException {// 1. 创建 ServerSocket 对象，指定监听端口号ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080);// 2. 监听连接请求Socket socket = serverSocket.accept(); // 阻塞等待连接请求// 3. 获取输入流和输出流BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));PrintWriter out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);// 4. 读取客户端发送的数据String request = in.readLine();System.out.println("Client request: " + request);// 5. 发送数据到客户端out.println("Hello, client!");// 6. 关闭连接socket.close();serverSocket.close();}
}

代码解释:

创建 ServerSocket 对象，监听指定端口号，等待客户端连接请求。
使用 accept() 方法阻塞等待客户端连接，一旦连接成功，返回 Socket 对象。
获取输入流和输出流，用于与客户端通信。
读取客户端发送的数据。
向客户端发送数据。
最后关闭连接，释放资源。

2. 使用 DatagramPacket 类进行 UDP 通信

DatagramPacket 类用于实现 UDP 通信，它代表 UDP 中发送或接收的数据报。

代码示例：(先运行服务器再运行客户端)

import java.io.*;
import java.net.*;public class UDPClient {public static void main(String[] args) throws IOException {// 1. 创建 DatagramSocket 对象，指定端口号DatagramSocket socket = new DatagramSocket();// 2. 创建 DatagramPacket 对象，用于发送数据String message = "Hello, server!";byte[] buffer = message.getBytes();InetAddress address = InetAddress.getByName("127.0.0.1"); // 服务器 IP 地址int port = 8080; // 服务器端口号DatagramPacket sendPacket = new DatagramPacket(buffer, buffer.length, address, port);// 3. 发送数据socket.send(sendPacket);// 4. 创建 DatagramPacket 对象，用于接收数据byte[] receiveBuffer = new byte[1024];DatagramPacket receivePacket = new DatagramPacket(receiveBuffer, receiveBuffer.length);// 5. 接收数据socket.receive(receivePacket);// 6. 解析接收到的数据String response = new String(receivePacket.getData(), 0, receivePacket.getLength());System.out.println("Server response: " + response);// 7. 关闭连接socket.close();}
}

代码解释:

创建 DatagramSocket 对象，指定端口号。
创建 DatagramPacket 对象，传入要发送的数据、服务器 IP 地址和端口号。
使用 send() 方法发送数据。
创建 DatagramPacket 对象，传入接收数据的缓冲区。
使用 receive() 方法接收数据。
解析接收到的数据。
关闭连接，释放资源。

服务器代码：

import java.io.*;
import java.net.*;public class UDPServer {public static void main(String[] args) throws IOException {// 1. 创建 DatagramSocket 对象，指定监听端口号DatagramSocket socket = new DatagramSocket(8080);// 2. 创建 DatagramPacket 对象，用于接收数据byte[] receiveBuffer = new byte[1024];DatagramPacket receivePacket = new DatagramPacket(receiveBuffer, receiveBuffer.length);// 3. 接收数据socket.receive(receivePacket);// 4. 解析接收到的数据String request = new String(receivePacket.getData(), 0, receivePacket.getLength());System.out.println("Client request: " + request);// 5. 创建 DatagramPacket 对象，用于发送数据String message = "Hello, client!";byte[] buffer = message.getBytes();InetAddress address = receivePacket.getAddress(); // 获取客户端 IP 地址int port = receivePacket.getPort(); // 获取客户端端口号DatagramPacket sendPacket = new DatagramPacket(buffer, buffer.length, address, port);// 6. 发送数据socket.send(sendPacket);// 7. 关闭连接socket.close();}
}

代码解释: