Java网络编程教程

1128字约4分钟

2025-08-18

网络编程基础概念

网络编程是指编写程序使它们能够通过计算机网络进行通信。Java提供了丰富的API来支持网络编程，主要基于TCP/IP协议族。

网络编程的主要优势包括：

分布式计算：可以构建分布式应用程序
资源共享：可以在网络上共享数据和资源
通信能力：程序之间可以进行实时通信
可扩展性：可以构建可扩展的网络应用

网络协议基础

TCP协议（传输控制协议）

TCP是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议：

面向连接：通信前需要建立连接
可靠性：确保数据完整性和顺序
适用于：Web浏览、文件传输、邮件等

UDP协议（用户数据报协议）

UDP是一种无连接的传输层协议：

无连接：不需要建立连接
不可靠：不保证数据的到达和顺序
适用于：实时应用、广播、简单查询等

TCP编程

TCP编程基于Socket（套接字）进行，使用ServerSocket和Socket类。

TCP服务器端

// 创建服务器Socket
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port);

// 等待客户端连接
Socket clientSocket = serverSocket.accept();

// 获取输入输出流
PrintWriter out = new PrintWriter(clientSocket.getOutputStream(), true);
BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(clientSocket.getInputStream()));

TCP客户端

// 创建客户端Socket
Socket socket = new Socket(hostname, port);

// 获取输入输出流
PrintWriter out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);
BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));

TCP通信示例

服务器端处理客户端连接：

while (isRunning) {
    try {
        // 等待客户端连接
        Socket clientSocket = serverSocket.accept();
        System.out.println("新客户端连接: " + clientSocket.getInetAddress());

        // 为每个客户端创建一个处理线程
        executorService.submit(new ClientHandler(clientSocket));
    } catch (IOException e) {
        if (isRunning) {
            System.err.println("接受客户端连接时出错: " + e.getMessage());
        }
    }
}

UDP编程

UDP编程使用DatagramSocket和DatagramPacket类进行数据传输。

UDP服务器端

// 创建UDP Socket
DatagramSocket socket = new DatagramSocket(port);

// 创建数据包用于接收数据
byte[] buffer = new byte[1024];
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);

// 接收数据
socket.receive(packet);

UDP客户端

// 创建UDP Socket
DatagramSocket socket = new DatagramSocket();

// 准备发送的数据
byte[] data = "Hello".getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, data.length, address, port);

// 发送数据
socket.send(packet);

Socket类详解

ServerSocket类

用于服务器端监听客户端连接：

ServerSocket(int port)：创建绑定到指定端口的服务器Socket
accept()：监听并接受到此Socket的连接
close()：关闭服务器Socket

Socket类

用于客户端和服务器端的网络连接：

Socket(String host, int port)：创建连接到指定主机和端口的Socket
getInputStream()：返回此Socket的输入流
getOutputStream()：返回此Socket的输出流
close()：关闭Socket

DatagramSocket类

用于UDP通信：

DatagramSocket()：创建UDP Socket
DatagramSocket(int port)：创建绑定到指定端口的UDP Socket
send(DatagramPacket packet)：发送数据报包
receive(DatagramPacket packet)：接收数据报包
close()：关闭UDP Socket

DatagramPacket类

用于表示数据报包：

DatagramPacket(byte[] buf, int length)：构造数据报包
DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress address, int port)：构造发送数据报包
getData()：返回数据缓冲区
getLength()：返回要发送或接收的数据的长度

多线程处理

在服务器端，通常需要为每个客户端连接创建一个线程来处理并发请求：

while (isRunning) {
    try {
        // 等待客户端连接
        Socket clientSocket = serverSocket.accept();
        
        // 为每个客户端创建一个处理线程
        executorService.submit(new ClientHandler(clientSocket));
    } catch (IOException e) {
        // 处理异常
    }
}

使用线程池可以更好地管理线程资源：

ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();

异常处理

网络编程中常见的异常包括：

IOException：IO操作异常
UnknownHostException：无法解析主机名
ConnectException：连接被拒绝
SocketException：Socket操作异常

良好的异常处理是网络编程的关键：

try {
    // 网络操作
} catch (IOException e) {
    System.err.println("网络错误: " + e.getMessage());
} finally {
    // 资源清理
}

最佳实践

1. 资源管理

始终确保正确关闭网络资源：

finally {
    if (in != null) in.close();
    if (out != null) out.close();
    if (socket != null) socket.close();
}

2. 线程安全

在多线程环境中注意线程安全问题，使用同步机制保护共享资源。

3. 超时设置

为网络操作设置合适的超时时间：

socket.setSoTimeout(5000); // 5秒超时

4. 缓冲区管理

合理设置缓冲区大小，避免内存浪费和性能问题。

5. 错误处理

实现完善的错误处理机制，提供有意义的错误信息。