Java网络编程

在JavaSE阶段，我们学习了I/O流，既然I/O流如此强大，那么能否跨越不同的主机进行I/O操作呢？这就要提到Java的网络编程了。

注意：本章会涉及到 计算机网络 相关内容（只会讲解大致内容，不会完整的讲解计算机网络知识）

计算机网络基础

利用通信线路和通信设备，将地理位置不同的、功能独立的多台计算机互连起来，以功能完善的网络软件来实现资源共享和信息传递，就构成了计算机网络系统。

比如我们家里的路由器，通过将我们的设备（手机、平板、电脑、电视剧）连接到路由器，来实现对互联网的访问。实际上，我们的路由器连接在互联网上，而我们的设备又连接了路由器，这样我们的设备就可以通过路由器访问到互联网了。通过网络，我们可以直接访问互联网上的另一台主机，比如我们要把QQ的消息发送给我们的朋友，或是通过远程桌面管理来操作另一台电脑，也可以是连接本地网络上的打印机。

既然我们可以通过网络访问其他计算机，那么如何区别不同的计算机呢？通过IP地址，我们就可以区分不同的计算机了：

每一台电脑在同一个网络上都有一个自己的IP地址，用于区别于其他的电脑，我们可以通过对方主机的IP地址对其进行访问。那么我手机连接的移动流量，能访问到连接家里路由器的电脑吗？（不能，因为他们不属于同一个网络）

而我们的电脑上可能运行着大量的程序，每一个程序可能都需要通过网络来访问其他计算机，那这时该如何区分呢？我们可以通过端口号来区分：

因此，我们一般看到的是这样的： 192.168.0.11:8080 ，通过 IP:端口 的形式来访问目标主机上的一个应用程序服务。注意端口号只能是0-65535之间的值！

IP地址分为IPv4和IPv6，IPv4类似于 192.168.0.11 ，我们上面提到的例子都是使用的IPv4，它一共有四组数字，每组数字占8个bit位，IPv4地址 0.0.0.0 表示为2进制就是：\ 00000000.00000000.00000000.00000000，共32个bit，最大为 255.255.255.255 ，实际上，IPv4能够表示的所有地址，早就已经被用完了。IPv6能够保存128个bit位，因此它也可以表示更多的IP地址，一个IPv6地址看起来像这样： 1030::C9B4:FF12:48AA:1A2B ，目前也正在向IPv6的阶段过度。

TCP和UDP是两种不同的传输层协议：

TCP：当一台计算机想要与另一台计算机通讯时，两台计算机之间的通信需要畅通且可靠（会进行三次握手，断开也会进行四次挥手），这样才能保证正确收发数据，因此TCP更适合一些可靠的数据传输场景。

UDP：它是一种无连接协议，数据想发就发，而且不会建立可靠传输，也就是说传输过程中有可能会导致部分数据丢失，但是它比TCP传输更加简单高效，适合视频直播之类的。

了解Socket技术

通过Socket技术（它是计算机之间进行 通信 的 一种约定 或一种方式），我们就可以实现两台计算机之间的通信，Socket也被翻译为 套接字 ，是操作系统底层提供的一项通信技术，它支持TCP和UDP。而Java就对socket底层支持进行了一套完整的封装，我们可以通过Java来实现Socket通信。

要实现Socket通信，我们必须创建一个数据发送者和一个数据接收者，也就是客户端和服务端，我们需要提前启动服务端，来等待客户端的连接，而客户端只需要随时启动去连接服务端即可！

//服务端public static void main(String[] args) {    try(ServerSocket server = new ServerSocket(8080)){     //将服务端创建在端口8080上        System.out.println("正在等待客户端连接...");        Socket socket = server.accept();  //当没有客户端连接时，线程会阻塞，直到有客户端连接为止        System.out.println("客户端已连接，IP地址为："+socket.getInetAddress().getHostAddress());    }catch (IOException e){        e.printStackTrace();    }}

//客户端public static void main(String[] args) {    try (Socket socket = new Socket("localhost", 8080)){        System.out.println("已连接到服务端！");    }catch (IOException e){        System.out.println("服务端连接失败！");        e.printStackTrace();    }}

实际上它就是一个TCP连接的建立过程：

一旦TCP连接建立，服务端和客户端之间就可以相互发送数据，直到客户端主动关闭连接。当然，服务端不仅仅只可以让一个客户端进行连接，我们可以尝试让服务端一直运行来不断接受客户端的连接：

public static void main(String[] args) {    try(ServerSocket server = new ServerSocket(8080)){     //将服务端创建在端口8080上        System.out.println("正在等待客户端连接...");        while (true){    //无限循环等待客户端连接            Socket socket = server.accept();            System.out.println("客户端已连接，IP地址为："+socket.getInetAddress().getHostAddress());        }    }catch (IOException e){        e.printStackTrace();    }}

现在我们就可以多次去连接此服务端了。

使用Socket进行数据传输

通过Socket对象，我们就可以获取到对应的I/O流进行网络数据传输：

public static void main(String[] args) {        try (Socket socket = new Socket("localhost", 8080);             Scanner scanner = new Scanner(System.in)){            System.out.println("已连接到服务端！");            OutputStream stream = socket.getOutputStream();            OutputStreamWriter writer = new OutputStreamWriter(stream);  //通过转换流来帮助我们快速写入内容            System.out.println("请输入要发送给服务端的内容：");            String text = scanner.nextLine();            writer.write(text+'\n');   //因为对方是readLine()这里加个换行符            writer.flush();            System.out.println("数据已发送："+text);        }catch (IOException e){            System.out.println("服务端连接失败！");            e.printStackTrace();        }finally {            System.out.println("客户端断开连接！");        }    }}

public static void main(String[] args) {    try(ServerSocket server = new ServerSocket(8080)){     //将服务端创建在端口8080上        System.out.println("正在等待客户端连接...");        Socket socket = server.accept();        System.out.println("客户端已连接，IP地址为："+socket.getInetAddress().getHostAddress());        BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));  //通过        System.out.print("接收到客户端数据：");        System.out.println(reader.readLine());        socket.close();   //和服务端TCP连接完成之后，记得关闭socket    }catch (IOException e){        e.printStackTrace();    }}

同理，既然服务端可以读取客户端的内容，客户端也可以在发送后等待服务端给予响应：

public static void main(String[] args) {    try (Socket socket = new Socket("localhost", 8080);         Scanner scanner = new Scanner(System.in)){        System.out.println("已连接到服务端！");        OutputStream stream = socket.getOutputStream();        OutputStreamWriter writer = new OutputStreamWriter(stream);  //通过转换流来帮助我们快速写入内容        System.out.println("请输入要发送给服务端的内容：");        String text = scanner.nextLine();        writer.write(text+'\n');   //因为对方是readLine()这里加个换行符        writer.flush();        System.out.println("数据已发送："+text);        BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));        System.out.println("收到服务器返回："+reader.readLine());    }catch (IOException e){        System.out.println("服务端连接失败！");        e.printStackTrace();    }finally {        System.out.println("客户端断开连接！");    }}

public static void main(String[] args) {    try(ServerSocket server = new ServerSocket(8080)){     //将服务端创建在端口8080上        System.out.println("正在等待客户端连接...");        Socket socket = server.accept();        System.out.println("客户端已连接，IP地址为："+socket.getInetAddress().getHostAddress());        BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));  //通过        System.out.print("接收到客户端数据：");        System.out.println(reader.readLine());        OutputStreamWriter writer = new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream());        writer.write("已收到！");        writer.flush();    }catch (IOException e){        e.printStackTrace();    }}

我们可以手动关闭单向的流：

socket.shutdownOutput();  //关闭输出方向的流socket.shutdownInput();  //关闭输入方向的流

如果我们不希望服务端等待太长的时间，我们可以通过调用 setSoTimeout() 方法来设定IO超时时间：

socket.setSoTimeout(3000);

当超过设定时间都依然没有收到客户端或是服务端的数据时，会抛出异常：

java.net.SocketTimeoutException: Read timed out    at java.net.SocketInputStream.socketRead0(Native Method)    at java.net.SocketInputStream.socketRead(SocketInputStream.java:116)    at java.net.SocketInputStream.read(SocketInputStream.java:171)    at java.net.SocketInputStream.read(SocketInputStream.java:141)    at sun.nio.cs.StreamDecoder.readBytes(StreamDecoder.java:284)    at sun.nio.cs.StreamDecoder.implRead(StreamDecoder.java:326)    at sun.nio.cs.StreamDecoder.read(StreamDecoder.java:178)    at java.io.InputStreamReader.read(InputStreamReader.java:184)    at java.io.BufferedReader.fill(BufferedReader.java:161)    at java.io.BufferedReader.readLine(BufferedReader.java:324)    at java.io.BufferedReader.readLine(BufferedReader.java:389)    at com.test.Main.main(Main.java:41)

我们之前使用的都是通过构造方法直接连接服务端，那么是否可以等到我们想要的时候再去连接呢？

//客户端public static void main(String[] args) {    try (Socket socket = new Socket("localhost", 8080)){        System.out.println("已连接到服务端！");    }catch (IOException e){        System.out.println("服务端连接失败！");        e.printStackTrace();    }}0

如果连接的双方发生意外而通知不到对方，导致一方还持有连接，这样就会占用资源，因此我们可以使用 setKeepAlive() 方法来防止此类情况发生：

//客户端public static void main(String[] args) {    try (Socket socket = new Socket("localhost", 8080)){        System.out.println("已连接到服务端！");    }catch (IOException e){        System.out.println("服务端连接失败！");        e.printStackTrace();    }}1

当客户端连接后，如果设置了keeplive为 true，当对方没有发送任何数据过来，超过一个时间(看系统内核参数配置)，那么我们这边会发送一个ack探测包发到对方，探测双方的TCP/IP连接是否有效。

TCP在传输过程中，实际上会有一个缓冲区用于数据的发送和接收：

此缓冲区大小为：8192，我们可以手动调整其大小来优化传输效率：

//客户端public static void main(String[] args) {    try (Socket socket = new Socket("localhost", 8080)){        System.out.println("已连接到服务端！");    }catch (IOException e){        System.out.println("服务端连接失败！");        e.printStackTrace();    }}2

使用Socket传输文件

既然Socket为我们提供了IO流便于数据传输，那么我们就可以轻松地实现文件传输了。

使用浏览器访问Socket服务器

在了解了如何使用Socket传输文件后，我们来看看，浏览器是如何向服务器发起请求的：

//客户端public static void main(String[] args) {    try (Socket socket = new Socket("localhost", 8080)){        System.out.println("已连接到服务端！");    }catch (IOException e){        System.out.println("服务端连接失败！");        e.printStackTrace();    }}3

我们现在打开浏览器，输入http://localhost:8080或是http://127.0.0.1:8080/，来连接我们本地开放的服务器。

我们发现浏览器是无法打开这个链接的，但是我们服务端却收到了不少的信息：

//客户端public static void main(String[] args) {    try (Socket socket = new Socket("localhost", 8080)){        System.out.println("已连接到服务端！");    }catch (IOException e){        System.out.println("服务端连接失败！");        e.printStackTrace();    }}4

实际上这些内容都是Http协议规定的请求头内容。HTTP是一种应用层协议，全称为超文本传输协议，它本质也是基于TCP协议进行数据传输，因此我们的服务端能够读取HTTP请求。但是Http协议并不会保持长连接，在得到我们响应的数据后会立即关闭TCP连接。

既然使用的是Http连接，如果我们的服务器要支持响应HTTP请求，那么就需要按照HTTP协议的规则，返回一个规范的响应文本，首先是响应头，它至少要包含一个响应码：

//客户端public static void main(String[] args) {    try (Socket socket = new Socket("localhost", 8080)){        System.out.println("已连接到服务端！");    }catch (IOException e){        System.out.println("服务端连接失败！");        e.printStackTrace();    }}5

然后就是响应内容（注意一定要换行再写），我们尝试来编写一下支持HTTP协议的响应内容：

//客户端public static void main(String[] args) {    try (Socket socket = new Socket("localhost", 8080)){        System.out.println("已连接到服务端！");    }catch (IOException e){        System.out.println("服务端连接失败！");        e.printStackTrace();    }}6

我们可以打开浏览器的开发者模式（这里推荐使用Chrome/Edge浏览器，按下F12即可打开），我们来观察一下浏览器的实际请求过程。

原文：https://juejin.cn/post/7112734001420304415