Java网络编程基础 Socket通信入门指南

概述

Java网络编程是Java开发中的重要组成部分，它允许不同计算机上的程序进行数据交换和通信。Java提供了丰富的API来支持网络编程，其中最基础的是基于Socket的通信机制。本文将介绍Java网络编程的基本概念和使用方法，适合初学者学习。

一、网络编程基础概念

在开始编写代码前，我们需要了解几个基本概念

IP地址：网络中设备的唯一标识

端口号：设备上特定应用程序的标识（0-65535）

TCP协议：面向连接的、可靠的传输协议

UDP协议：无连接的、不可靠但高效的传输协议

二、TCP Socket编程

1. 服务器端实现

TCP服务器端需要监听指定端口，等待客户端连接

import java.io.*;
import java.net.*;

public class TCPServer {
    public static void main(String[] args) {
        // 定义服务器端口
        int port = 8888;
        
        try (ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port)) {
            System.out.println("服务器启动，等待客户端连接...");
            
            // 等待客户端连接
            Socket clientSocket = serverSocket.accept();
            System.out.println("客户端已连接: " + clientSocket.getInetAddress());
            
            // 获取输入流，读取客户端数据
            BufferedReader in = new BufferedReader(
                new InputStreamReader(clientSocket.getInputStream()));
            
            // 获取输出流，向客户端发送数据
            PrintWriter out = new PrintWriter(
                clientSocket.getOutputStream(), true);
            
            String inputLine;
            while ((inputLine = in.readLine()) != null) {
                System.out.println("收到客户端消息: " + inputLine);
                
                // 向客户端回复
                out.println("服务器已收到: " + inputLine);
                
                // 如果客户端发送"bye"，结束通信
                if ("bye".equalsIgnoreCase(inputLine)) {
                    break;
                }
            }
            
            // 关闭资源
            in.close();
            out.close();
            clientSocket.close();
            
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("服务器异常: " + e.getMessage());
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

2. 客户端实现

TCP客户端需要知道服务器的IP地址和端口号

import java.io.*;
import java.net.*;

public class TCPClient {
    public static void main(String[] args) {
        // 服务器地址和端口
        String hostname = "localhost";
        int port = 8888;
        
        try (Socket socket = new Socket(hostname, port)) {
            System.out.println("已连接到服务器: " + hostname + ":" + port);
            
            // 获取输出流，向服务器发送数据
            PrintWriter out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);
            
            // 获取输入流，读取服务器响应
            BufferedReader in = new BufferedReader(
                new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
            
            // 从控制台读取输入
            BufferedReader stdIn = new BufferedReader(
                new InputStreamReader(System.in));
            
            String userInput;
            System.out.println("请输入消息(输入'bye'退出):");
            while ((userInput = stdIn.readLine()) != null) {
                // 向服务器发送消息
                out.println(userInput);
                
                // 读取服务器响应
                String response = in.readLine();
                System.out.println("服务器响应: " + response);
                
                // 如果输入"bye"，结束通信
                if ("bye".equalsIgnoreCase(userInput)) {
                    break;
                }
            }
            
            // 关闭资源
            out.close();
            in.close();
            stdIn.close();
            
        } catch (UnknownHostException e) {
            System.out.println("找不到服务器: " + hostname);
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("I/O错误: " + e.getMessage());
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

三、UDP Socket编程

1. 服务器端实现

import java.net.*;

public class UDPServer {
    public static void main(String[] args) {
        // 定义服务器端口
        int port = 8888;
        
        try (DatagramSocket socket = new DatagramSocket(port)) {
            System.out.println("UDP服务器启动，等待客户端数据...");
            
            byte[] buffer = new byte[1024];
            
            while (true) {
                // 准备接收数据包
                DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);
                
                // 接收数据
                socket.receive(packet);
                
                // 解析数据
                String received = new String(packet.getData(), 0, packet.getLength());
                System.out.println("收到来自" + packet.getAddress() + "的消息: " + received);
                
                // 准备响应数据
                String response = "服务器已收到: " + received;
                byte[] responseData = response.getBytes();
                
                // 发送响应
                DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(
                    responseData, responseData.length, 
                    packet.getAddress(), packet.getPort());
                socket.send(responsePacket);
                
                // 如果收到"bye"，结束通信
                if ("bye".equalsIgnoreCase(received)) {
                    break;
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("UDP服务器异常: " + e.getMessage());
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

2. 客户端实现

import java.net.*;
import java.util.Scanner;

public class UDPClient {
    public static void main(String[] args) {
        // 服务器地址和端口
        String hostname = "localhost";
        int port = 8888;
        
        try (DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
             Scanner scanner = new Scanner(System.in)) {
            
            InetAddress address = InetAddress.getByName(hostname);
            
            System.out.println("UDP客户端已启动，请输入消息(输入'bye'退出):");
            
            while (true) {
                // 读取用户输入
                String message = scanner.nextLine();
                byte[] sendData = message.getBytes();
                
                // 发送数据包
                DatagramPacket sendPacket = new DatagramPacket(
                    sendData, sendData.length, address, port);
                socket.send(sendPacket);
                
                // 准备接收响应
                byte[] receiveData = new byte[1024];
                DatagramPacket receivePacket = new DatagramPacket(receiveData, receiveData.length);
                socket.receive(receivePacket);
                
                // 解析响应
                String response = new String(receivePacket.getData(), 0, receivePacket.getLength());
                System.out.println("服务器响应: " + response);
                
                // 如果输入"bye"，结束通信
                if ("bye".equalsIgnoreCase(message)) {
                    break;
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("UDP客户端异常: " + e.getMessage());
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

四、常见问题与解决方案

1. 连接超时问题

当网络不稳定时，可能需要设置连接超时

// 设置连接超时为5秒
socket.connect(new InetSocketAddress(hostname, port), 5000);

2. 处理乱码问题

// 明确指定UTF-8编码
BufferedReader reader = new BufferedReader(
    new InputStreamReader(socket.getInputStream(), StandardCharsets.UTF_8));

3. 资源释放问题

确保在使用完毕后关闭所有资源，最好使用try-with-resources语句

// 使用try-with-resources自动关闭资源
try (Socket socket = new Socket(hostname, port);
     BufferedReader in = new BufferedReader(
         new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
     PrintWriter out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true)) {
    // 通信代码
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

4. 处理并发连接

简单的服务器只能处理一个连接，要处理多个客户端需要引入多线程

// 多线程服务器示例
while (true) {
    Socket clientSocket = serverSocket.accept();
    // 为每个客户端创建一个新线程
    new Thread(new ClientHandler(clientSocket)).start();
}

五、总结

Java网络编程基于Socket API，提供了TCP和UDP两种通信方式。TCP可靠但开销大，适合需要可靠传输的场景；UDP高效但不可靠，适合实时性要求高的场景。

初学者在使用网络编程时应注意

正确处理异常和资源释放

明确字符编码避免乱码

考虑超时和并发处理

根据需求选择合适的协议(TCP/UDP)

通过本文的示例代码，初学者可以快速上手Java网络编程，并了解常见问题的解决方法。随着经验的积累，可以进一步学习NIO、Netty等高级网络编程技术。