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雷达卡
本节学习目标
- 理解多线程与网络编程之间的关联；
- 掌握网络程序开发的主要架构模式；
- 了解基于TCP协议的网络通信基本实现方式。
1. 网络编程的基本概念
在Java语言中，网络编程的核心目的在于实现不同主机之间的数据交换。为了简化这一过程，Java将其抽象为JVM（Java虚拟机）进程间的通信形式。即使在同一台物理设备上，也可以运行多个独立的JVM进程，这些进程在网络通信的语境下可被视为不同的主机节点。
图1 远程访问——JVM进程之间的交互示意图
每个JVM拥有独立的内存空间和系统资源，既可以在同一台机器上运行，也能分布于不同的物理设备中。借助Java提供的网络API，开发者能够在这些JVM之间建立连接，并进行数据的发送与接收操作。
采用JVM作为网络通信的基本单元具有显著优势。首先，它提供了更高层次的抽象模型，使网络通信的开发更加便捷高效。其次，当多个JVM运行在同一台主机时，它们之间的通信延迟更低，且可以共享部分本地资源，从而提升整体性能。
此外，在此前介绍的多线程编程内容中所涉及的并发机制，如线程调度、同步锁等技术，也为跨JVM的数据交互提供了安全保障，确保数据传输过程中的完整性与一致性。
不同JVM之间的数据访问本质上属于远程调用范畴。Java中的远程方法调用（RMI）以及企业级应用开发框架，正是基于此类通信机制构建而成。
Remote Method Invocation，RMIJavaBeanEnterprise JavaBean, EJB网络编程的本质是实现数据的双向交互。在此类通信过程中，通常会划分出两个角色：服务器端和客户端。根据实现方式的不同，主要存在以下两种典型架构模式：
C/S 架构（Client/Server）
该模式需要分别开发客户端和服务器端两套程序代码。由于两端都需要独立实现逻辑功能，因此在开发与后期维护方面成本较高。但其优点在于使用自定义端口和私有通信协议，安全性较强。
C/S架构下的网络通信依赖于两种基础传输协议：
TCPTCP（传输控制协议）：提供可靠的、面向连接的数据传输服务；
UDPUDP（用户数据报协议）：采用无连接方式，适用于对效率要求较高的场景。
B/S 架构（Browser/Server）
此模式无需单独开发客户端程序，仅需部署服务器端应用，用户通过浏览器即可完成访问。开发工作量较小，只需维护一套服务端代码。但由于使用公开的HTTP协议及默认80端口，安全防护能力相对较弱。
诸如
ASPPHPJSP等技术均属于
B/S的典型代表，这些技术的运行依赖特定服务器环境的支持。若要实现不同
B/S组件间的互通，则必须借助
Web Service相关技术支持。
关于 TCP 与 UDP 协议
TCP（传输控制协议） 提供的是可靠、面向连接的通信机制。在数据传输前，通信双方需通过“三次握手”建立稳定连接，确保链路通畅。TCP通过确认应答、超时重传、流量控制等机制保障数据不丢失、不重复、按序到达。
该协议适用于对数据完整性和顺序性要求较高的应用场景，例如网页请求（HTTP）、文件传输（FTP）、电子邮件等。
UDP（用户数据报协议） 则是一种无连接的通信协议，发送方无需事先建立连接即可直接发送数据包。由于省去了握手与断开连接的过程，UDP具备更低的延迟和更小的网络开销。
然而，UDP不保证数据的可靠性或顺序性，若发生丢包或乱序，需由应用程序自身处理恢复逻辑。因此，它更适合用于实时性优先、允许少量数据损失的场合，如在线音视频流、多人实时游戏、广播通信等。
在实际网络编程中，开发者可根据具体业务需求选择合适的传输层协议：
若强调数据的准确送达与顺序一致，则应选用
TCP；
若追求低延迟并能接受一定程度的数据不可靠性，则可采用
UDP。某些复杂系统甚至会同时集成两种协议，以分别处理关键数据与非关键实时数据。
2. Socket 与 ServerSocket 类详解
Java 中的
java.net包封装了网络通信所需的核心工具类，其中最为关键的是以下两个类：
- ServerSocket：专用于服务器端，封装了TCP协议的监听与连接接收功能，负责等待客户端发起连接请求；
- Socket：表示一个客户端连接实例，同样基于TCP协议，用于与服务器进行数据读写操作。
以下是
ServerSocket类常用方法说明：
| 方法名称 | 类型 | 描述 |
|---|---|---|
|
构造方法 | 创建一个绑定指定端口号的服务器监听实例，建议使用5000以上的端口以避免冲突 |
|
普通方法 | 阻塞式接收客户端连接请求，返回一个Socket对象用于后续通信 |
|
普通方法 | 关闭服务器监听，释放占用的端口资源 |
以下是
Socket类的常用方法列表：
| 方法名称 | 类型 | 描述 |
|---|---|---|
|
构造方法 | 创建Socket实例并连接到指定IP地址和端口号的目标服务器 |
|
普通方法 | 获取输出流对象，通常包装为PrintStream以便发送字符串数据 |
|
普通方法 | 获取输入流对象，用于读取来自服务器的数据 |
Hello World9999accept()PrintStream
图2 客户端与服务器端交互 从客户端角度出发，需使用
SocketlocalhostScannerSocketScannerPrintStreamEchoECHO:byebyewhilewhilebyebye
图3 多线程优化网络编程 具体实现中，每当有新的客户端接入，服务器便创建一个新线程专门负责该客户端的读写操作。主服务线程继续监听其他连接请求，互不干扰。这一设计显著提升了系统的并发能力与响应效率。
// 范例 5:修改服务器端
package com.xiaoshan.demo;
import java.io.PrintStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;
class EchoThread implements Runnable {
//建立线程类
private Socket client; //每个线程处理一个客户端
public EchoThread(Socket client){
//创建线程对象时传递 Socket
this.client = client;
}
@Override
public void run(){
try {
//每个线程对象取得各自Socket的输入流与输出流
Scanner scan = new Scanner(client.getInputStream());
PrintStream out = new PrintStream(client.getOutputStream());
boolean flag = true;
while(flag){
//控制多次接收操作
if(scan.hasNext()){
//是否有内容
String str = scan.next().trim(); //得到客户端发送的内容
if (str.equalsIgnoreCase("byebye")){
// 程序结束
out.println("拜拜，再见!");
flag = false; //退出循环
}else{
out.println("ECHO:"+str); //回应信息
}
}
}
scan.close();
out.close();
client.close();
} catch(Exception e){
e.printStackTrace();
}
}
}
public class EchoServer {
public static void main(String[] args) throws Exception{
ServerSocket server = new ServerSocket(9999); //在9999端口上监听
boolean flag = true; //循环标记
while(flag){
//接收多个客户端请求
Socket client = server.accept(); //客户端连接
new Thread(new EchoThread(client)).start(); //创建并启动新线程
}
server.close();
}
}C/S// 范例 3: 实现服务器端
package com.xiaoshan.demo;
import java.io.PrintStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;
public class EchoServer {
public static void main(String[] args) throws Exception {
ServerSocket server = new ServerSocket(9999); // 定义连接端口
Socket client = server.accept(); //等待客户端连接
//得到客户端输入数据以及向客户端输出数据的对象，利用扫描流接收，打印流输出
Scanner scan = new Scanner(client.getInputStream());
PrintStream out = new PrintStream(client.getOutputStream());
boolean flag = true; //设置循环标记
while(flag){
if (scan.hasNext()){
//是否有内容输入
String str = scan.next().trim(); //得到客户端发送的内容，并删除空格
if(str.equalslgnoreCase("byebye")){
//程序结束标记
out.println("拜拜，再见!"); //输出结束信息
flag = false; //退出循环
}else{
out.println("ECHO:" + str); //回应输入信息，加“ECHO:” 前缀返回
}
}
}
scan.close();
out.close();
client.close();
server.close();
}
}// 范例 4: 定义客户端
package com.xiaoshan.demo;
import java.io.PrintStream;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;
public class EchoClient {
public static void main(String[] args) throws Exception{
Socket client = new Socket("localhost", 9999); //服务器地址与端口
Scanner input = new Scanner(System.in); //键盘输入数据
//利用Scanner包装客户端输入数据(服务器端输出),PrintStream包装客户端输出数据
Scanner scan = new Scanner(client.getInputStream());
PrintStream out = new PrintStream(client.getOutputStream());
input.useDelimiter("\n"); //设置键盘输入分隔符
scan.useDelimiter("\n"); //设置回应数据分隔符
boolean flag = true; //循环标志
while (flag){
System.out.print("请输入要发送数据：");
if(input.hasNext()){
//键盘是否输入数据
String str = input.next().trim(); //取得键盘输入数据
out.println(str); //发送数据到服务器端
if(str.equalsIgnoreCase("byebye"){
//结束标记
flag = false; //结束循环
}
if (scan.hasNext()){
//服务器端有回应
System.out println(scan.next()); //输出回应数据
}
}
}
input.close();
scan.close();
out.close();
client.close();
}
}getInputStream()getOutputStream()// 范例 1: 定义服务器端——主要使用 ServerSocket
package com.xiaoshan.demo;
import java.io.PrintStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
public class HelloServer {
public static void main(String[] args) throws Exception {
ServerSocket server = new ServerSocket(9999); //所有的服务器必须有端口
System.out.println("等待客户端连接…"); //提示信息
Socket client = server.accept(); //等待客户端连接
//OutputStream并不方便进行内容的输出，所以利用打印流完成输出
PrintStream out = new PrintStream(client.getOutputStream());
out.println("Hello World !"); //输出数据
out.close();
client.close();
server.close();
}
}等待客户端连接…// 范例 2: 编写客户端——Socket
package com.xiaoshan.demo;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;
public class HelloClient {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Socket client = new Socket("localhost", 9999); //连接服务器端
//取得客户端的输入数据流对象，表示接收服务器端的输出信息
Scanner scan = new Scanner(client.getInputStream()); //接收服务器端回应数据
scan.useDelimiter("\n"); //设置分隔符
if (scan.hasNext()){
//是否有数据
System.out.println("【回应数据】"+ scan.next()); //取出数据
}
scan.close();
client.close();
}
}【回应数据】Hello World !C/S网络编程在现代应用开发中具有至关重要的地位。它实现了不同主机之间的数据交换，为分布式系统的构建提供了基础支持。借助网络编程，开发者能够实现客户端与服务器之间的通信、网络爬虫与数据采集、文件的传输与共享，以及远程过程调用等多种功能。
本文围绕网络编程的基本概念及其相关协议展开介绍，重点分析了Java平台在网络通信方面的实现机制。我们深入探讨了Java中两个关键的网络编程类，分别是：
SocketServerSocket这些核心API为构建网络连接和数据传输提供了必要的支持。
为了更直观地理解其工作原理，文章通过一个实战案例——Echo程序，演示了如何使用Java进行基本的网络通信。该示例展示了服务端接收客户端消息并原样返回的流程，帮助读者掌握Socket通信的基本结构和执行逻辑。
此外，还介绍了支撑网络通信的重要协议类型：
TCPUDP总体而言，无论是在Web应用开发还是分布式架构设计中，掌握网络编程技术都是开发人员不可或缺的能力。Java凭借其强大且丰富的网络库和API，支持多种通信协议与模式，为构建高效、稳定的网络应用程序提供了坚实的基础。通过深入理解这些技术原理并加以灵活运用，开发者可以应对多样化的应用场景需求，打造高性能的网络服务系统。
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