Java 网络编程详解
Java 网络编程是指通过 Java 语言实现计算机之间的网络通信，核心是利用 Java 提供的网络类库（如
java.net 包）操作 TCP/IP 协议，实现数据的发送与接收。无论是客户端与服务器的通信、分布式系统交互，还是网络爬虫等场景，都依赖于网络编程的基础能力。本文将从核心概念、TCP/UDP 编程、高层协议应用到 NIO 进阶，全面解析 Java 网络编程。
一、网络编程基础概念
在开始代码实现前，需先理解几个核心概念，它们是网络通信的 “语言规则”：
- IP 地址：标识网络中唯一的计算机（如
192.168.1.1或www.baidu.com，域名会通过 DNS 解析为 IP）。 - 端口号：标识计算机中运行的某个进程（范围 0-65535，0-1023 为系统端口，如 HTTP 默认 80，建议使用 1024+ 避免冲突）。
- 协议：通信双方的规则约定，Java 网络编程主要基于 TCP 和 UDP 协议：
- TCP：面向连接的可靠协议（三次握手建立连接，四次挥手断开），数据传输有序、不丢失（适合文件传输、登录等）。
- UDP：无连接的不可靠协议（数据以 “数据报” 形式发送，可能丢失或乱序），但速度快（适合视频通话、实时游戏等）。
二、核心类库：Java 网络编程的 “工具包”
Java 的
java.net 包提供了丰富的类，简化了网络通信的实现。核心类如下：| 类 / 接口 | 作用 | 适用协议 |
|---|---|---|
InetAddress |
表示 IP 地址（支持域名解析） | 通用 |
Socket |
客户端 TCP 套接字（建立连接、传输数据） | TCP |
ServerSocket |
服务器端 TCP 套接字（监听连接、接收请求） | TCP |
DatagramSocket |
UDP 套接字（发送 / 接收数据报） | UDP |
DatagramPacket |
UDP 数据报（封装数据、目标地址和端口） | UDP |
URL / URLConnection |
处理高层协议（如 HTTP、FTP） | 应用层协议 |
三、TCP 编程：可靠的连接式通信
TCP 通信需先建立连接（类似打电话 “接通”），再传输数据，最后断开连接。核心流程是 “服务器端监听 → 客户端连接 → 双向通信 → 关闭连接”。
1. TCP 服务器端实现
服务器端需绑定端口并监听客户端连接，每接收到一个连接，通过输入流读取数据，输出流发送响应。
import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;public class TCPServer {public static void main(String[] args) throws IOException {// 1. 创建 ServerSocket，绑定端口（如 8888）ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);System.out.println("服务器启动，监听端口 8888...");// 2. 循环监听客户端连接（实际开发中用多线程处理多个客户端）while (true) {// 阻塞等待客户端连接（建立 TCP 三次握手）Socket clientSocket = serverSocket.accept();System.out.println("客户端 " + clientSocket.getInetAddress() + " 已连接");// 3. 获取输入流（读客户端数据）和输出流（向客户端写数据）try (BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(clientSocket.getInputStream()));PrintWriter out = new PrintWriter(new OutputStreamWriter(clientSocket.getOutputStream()), true)) {// 4. 读取客户端消息String clientMsg;while ((clientMsg = in.readLine()) != null) {System.out.println("收到客户端消息：" + clientMsg);// 5. 向客户端发送响应out.println("服务器已收到：" + clientMsg);// 若客户端发送 "exit"，断开连接if ("exit".equals(clientMsg)) {break;}}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();} finally {// 6. 关闭客户端连接clientSocket.close();System.out.println("客户端 " + clientSocket.getInetAddress() + " 已断开");}}}
}
2. TCP 客户端实现
客户端需指定服务器 IP 和端口，建立连接后，通过输出流发送数据，输入流接收响应。
import java.io.*;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;public class TCPClient {public static void main(String[] args) throws IOException {// 1. 创建 Socket，连接服务器（IP 为本地 localhost，端口 8888）Socket socket = new Socket("localhost", 8888);System.out.println("已连接服务器");// 2. 获取输入流（读服务器响应）和输出流（向服务器发数据）try (BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));PrintWriter out = new PrintWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream()), true);Scanner scanner = new Scanner(System.in)) {// 3. 循环发送消息给服务器String msg;while (true) {System.out.print("请输入消息（输入 exit 退出）：");msg = scanner.nextLine();// 发送消息out.println(msg);// 若输入 exit，退出循环if ("exit".equals(msg)) {break;}// 4. 接收服务器响应String serverMsg = in.readLine();System.out.println("服务器响应：" + serverMsg);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();} finally {// 5. 关闭连接socket.close();System.out.println("已断开与服务器的连接");}}
}
3. 关键说明
- 多线程处理：上述服务器只能处理一个客户端，实际开发中需为每个
clientSocket启动一个线程（或用线程池），避免阻塞。 - 流的关闭：使用 try-with-resources 自动关闭流和套接字，避免资源泄露。
- 数据传输格式：示例用
readLine()按行读取，需确保客户端和服务器端统一格式（如换行符），复杂场景可使用 JSON 等序列化格式。
四、UDP 编程：高效的无连接通信
UDP 通信无需建立连接，数据以 “数据报” 形式发送，发送方和接收方通过数据报交互（类似发短信，无需对方 “接通”）。
1. UDP 服务器端实现
服务器端通过
DatagramSocket 接收数据报，解析数据后发送响应数据报。import java.net.*;
import java.nio.charset.StandardCharsets;public class UDPServer {public static void main(String[] args) throws SocketException {// 1. 创建 DatagramSocket，绑定端口 9999DatagramSocket socket = new DatagramSocket(9999);System.out.println("UDP 服务器启动，监听端口 9999...");// 2. 创建缓冲区接收数据（大小根据实际需求设置，如 1024 字节）byte[] buffer = new byte[1024];DatagramPacket receivePacket = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);while (true) {try {// 3. 阻塞接收数据报（无连接，无需“等待连接”）socket.receive(receivePacket);// 解析数据String clientMsg = new String(receivePacket.getData(), 0, receivePacket.getLength(),StandardCharsets.UTF_8);System.out.println("收到客户端 " + receivePacket.getAddress() + " 消息：" + clientMsg);// 4. 准备响应数据String response = "UDP 服务器已收到：" + clientMsg;byte[] responseData = response.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);// 创建响应数据报（包含数据、长度、客户端地址和端口）DatagramPacket sendPacket = new DatagramPacket(responseData, responseData.length,receivePacket.getAddress(), receivePacket.getPort());// 发送响应socket.send(sendPacket);// 若客户端发送 "exit"，退出循环if ("exit".equals(clientMsg)) {break;}} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}// 关闭 socketsocket.close();}
}
2. UDP 客户端实现
客户端创建数据报，指定服务器地址和端口，发送数据后等待响应。
import java.net.*;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.util.Scanner;public class UDPClient {public static void main(String[] args) throws SocketException {// 1. 创建 DatagramSocket（客户端无需绑定固定端口，系统自动分配）DatagramSocket socket = new DatagramSocket();// 服务器地址和端口InetAddress serverAddr;try {serverAddr = InetAddress.getByName("localhost");} catch (UnknownHostException e) {throw new RuntimeException("服务器地址解析失败", e);}int serverPort = 9999;Scanner scanner = new Scanner(System.in);while (true) {try {// 2. 输入消息并创建数据报System.out.print("请输入消息（输入 exit 退出）：");String msg = scanner.nextLine();byte[] data = msg.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);DatagramPacket sendPacket = new DatagramPacket(data, data.length, serverAddr, serverPort);// 3. 发送数据报socket.send(sendPacket);// 4. 接收服务器响应byte[] buffer = new byte[1024];DatagramPacket receivePacket = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);socket.receive(receivePacket);String serverMsg = new String(receivePacket.getData(), 0, receivePacket.getLength(),StandardCharsets.UTF_8);System.out.println("服务器响应：" + serverMsg);if ("exit".equals(msg)) {break;}} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}// 关闭 socketsocket.close();scanner.close();}
}
3. 关键说明
- 不可靠性：UDP 不保证数据一定到达，也不保证顺序，需在应用层实现重传、校验等机制（如实时游戏中丢一帧数据不影响体验）。
- 数据报大小：
DatagramPacket缓冲区大小限制单次传输数据量（通常不超过 64KB），大文件传输需拆分数据报。
五、高层协议应用：URL 与 HTTP 通信
除了底层 TCP/UDP，Java 还提供
URL 和 URLConnection 类，简化 HTTP 等高层协议的操作（如爬取网页、调用 API）。示例：通过 HTTP 访问网页内容
import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.URL;
import java.net.URLConnection;public class HttpDemo {public static void main(String[] args) {try {// 1. 创建 URL 对象（指定网页地址）URL url = new URL("https://www.baidu.com");// 2. 打开连接（默认是 HTTP 连接）URLConnection connection = url.openConnection();// 设置请求头（模拟浏览器，避免被服务器拒绝）connection.setRequestProperty("User-Agent", "Mozilla/5.0");// 3. 获取输入流，读取网页内容try (BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(connection.getInputStream()))) {String line;StringBuilder content = new StringBuilder();while ((line = in.readLine()) != null) {content.append(line).append("\n");}System.out.println("网页内容：\n" + content.toString());}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}
- 扩展：复杂 HTTP 操作（如 POST 请求、带参数、Cookie 管理）可使用
HttpURLConnection或第三方库（如 OkHttp、HttpClient）。
六、进阶：NIO 非阻塞网络编程
传统的 BIO（阻塞 IO）在高并发场景下效率低（一个连接一个线程），Java NIO（New IO，JDK 1.4+）通过 非阻塞 IO 和 多路复用 提升性能，核心组件：
- Channel：双向通道（类似流，但可异步读写），如
SocketChannel（TCP）、DatagramChannel（UDP）。 - Buffer：数据容器（Channel 只能通过 Buffer 读写数据）。
- Selector：多路复用器，一个线程可管理多个 Channel（监听读写事件）。
NIO 服务器简单示例（TCP）
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.*;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;public class NIOServer {public static void main(String[] args) throws IOException {// 1. 创建 ServerSocketChannel 并绑定端口ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open();serverChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(8888));serverChannel.configureBlocking(false); // 设置为非阻塞// 2. 创建 Selector 并注册 ServerSocketChannel（监听 ACCEPT 事件）Selector selector = Selector.open();serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);System.out.println("NIO 服务器启动，监听端口 8888...");while (true) {// 3. 阻塞等待事件（0 表示不阻塞，>0 表示超时时间毫秒）selector.select();// 获取所有就绪事件Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();Iterator<SelectionKey> iterator = selectedKeys.iterator();while (iterator.hasNext()) {SelectionKey key = iterator.next();// 处理事件后移除，避免重复处理iterator.remove();if (key.isAcceptable()) {// 4. 处理连接事件（客户端连接）ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.channel();SocketChannel clientChannel = server.accept();clientChannel.configureBlocking(false); // 客户端通道也设为非阻塞// 注册客户端通道到 Selector，监听 READ 事件clientChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ, ByteBuffer.allocate(1024));System.out.println("客户端 " + clientChannel.getRemoteAddress() + " 连接");} else if (key.