网络基础

蔚蓝Lynx2026/1/31大约 7 分钟Java基础网络编程

网络基础

Java 网络编程提供了强大的网络通信能力，支持基于 TCP 和 UDP 协议的编程。本节介绍网络编程的基础知识。

网络编程概述

什么是网络编程

网络编程：

在不同计算机之间进行数据传输
基于网络协议（TCP/IP、UDP）
使用Socket（套接字）进行通信

网络模型

Java 网络编程主要使用

应用层：HTTP、FTP 等应用协议
传输层：TCP、UDP 协议

IP 地址

IP 地址概念

InetAddress 类

import java.net.InetAddress;
import java.net.UnknownHostException;

public class InetAddressDemo {
    public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
        // 获取本地主机地址
        InetAddress localHost = InetAddress.getLocalHost();
        System.out.println("本地主机: " + localHost);
        System.out.println("主机名: " + localHost.getHostName());
        System.out.println("IP地址: " + localHost.getHostAddress());
        
        // 根据主机名获取 IP 地址
        InetAddress[] addresses = InetAddress.getAllByName("www.baidu.com");
        System.out.println("\n百度的 IP 地址:");
        for (InetAddress addr : addresses) {
            System.out.println("  " + addr.getHostAddress());
        }
        
        // 根据 IP 地址获取主机信息
        InetAddress address = InetAddress.getByName("220.181.38.148");
        System.out.println("\nIP: " + address.getHostAddress());
        System.out.println("主机名: " + address.getHostName());
        
        // 判断是否可达
        boolean reachable = address.isReachable(5000);  // 5秒超时
        System.out.println("是否可达: " + reachable);
    }
}

IPv4 vs IPv6

import java.net.Inet4Address;
import java.net.Inet6Address;
import java.net.InetAddress;
import java.net.UnknownHostException;

public class IPVersion {
    public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {
        // IPv4 地址
        InetAddress ipv4 = InetAddress.getByName("192.168.1.1");
        System.out.println("IPv4: " + ipv4.getHostAddress());
        System.out.println("是否 IPv4: " + (ipv4 instanceof Inet4Address));
        
        // IPv6 地址
        InetAddress ipv6 = InetAddress.getByName("::1");
        System.out.println("\nIPv6: " + ipv6.getHostAddress());
        System.out.println("是否 IPv6: " + (ipv6 instanceof Inet6Address));
        
        // 本地回环地址
        InetAddress loopback = InetAddress.getByName("localhost");
        System.out.println("\nLoopback: " + loopback.getHostAddress());
    }
}

常用 IP 地址

IP 地址	说明
`127.0.0.1`	本地回环地址（localhost）
`0.0.0.0`	表示本机所有 IP 地址
`192.168.x.x`	私有地址（局域网）
`255.255.255.255`	广播地址

端口

端口概念

端口作用：

区分同一台计算机上的不同应用程序
与 IP 地址一起确定网络通信的端点
范围：0 - 65535

端口分类

范围	类型	说明
0 - 1023	系统端口	需要 root 权限，如 HTTP(80), SSH(22)
1024 - 49151	注册端口	注册给应用程序使用
49152 - 65535	动态端口	客户端临时使用

常用端口号

public class CommonPorts {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("常用端口号:");
        System.out.println("HTTP: 80");
        System.out.println("HTTPS: 443");
        System.out.println("FTP: 21");
        System.out.println("SSH: 22");
        System.out.println("Telnet: 23");
        System.out.println("SMTP: 25");
        System.out.println("DNS: 53");
        System.out.println("DHCP: 67/68");
        System.out.println("MySQL: 3306");
        System.out.println("Redis: 6379");
    }
}

网络协议

TCP 协议

TCP 特点：

面向连接：传输数据前必须建立连接
可靠传输：保证数据无差错、不丢失、不重复
面向字节流：将数据看作字节流
全双工通信：双方可以同时发送和接收数据

TCP 三次握手：

UDP 协议

UDP 特点：

无连接：不需要建立连接，直接发送数据
不可靠：不保证数据送达，可能丢失或重复
面向报文：保留报文的边界
高效：头部开销小，传输速度快

TCP vs UDP

特性	TCP	UDP
连接	面向连接	无连接
可靠性	可靠	不可靠
速度	较慢	较快
开销	大	小
应用	HTTP, FTP, SMTP	DNS, 视频流, 游戏

Socket 概述

Socket 是什么

Socket（套接字）：

网络通信的端点（Endpoint）
由 IP 地址 + 端口号 唯一确定
提供了应用层与传输层之间的接口

Socket 通信模型

Java 网络编程 API

主要类

简单的 TCP 示例

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

// TCP 服务器
class SimpleServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 创建 ServerSocket，监听 8888 端口
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
        System.out.println("服务器启动，等待连接...");
        
        // 等待客户端连接
        Socket socket = serverSocket.accept();
        System.out.println("客户端已连接: " + socket.getInetAddress());
        
        // 获取输入流，读取客户端数据
        BufferedReader in = new BufferedReader(
            new InputStreamReader(socket.getInputStream())
        );
        String message = in.readLine();
        System.out.println("客户端消息: " + message);
        
        // 获取输出流，向客户端发送数据
        PrintWriter out = new PrintWriter(
            socket.getOutputStream(), true
        );
        out.println("你好，我是服务器");
        
        // 关闭资源
        in.close();
        out.close();
        socket.close();
        serverSocket.close();
    }
}

// TCP 客户端
class SimpleClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 连接服务器
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888);
        System.out.println("已连接到服务器");
        
        // 获取输出流，向服务器发送数据
        PrintWriter out = new PrintWriter(
            socket.getOutputStream(), true
        );
        out.println("你好，我是客户端");
        
        // 获取输入流，读取服务器数据
        BufferedReader in = new BufferedReader(
            new InputStreamReader(socket.getInputStream())
        );
        String response = in.readLine();
        System.out.println("服务器消息: " + response);
        
        // 关闭资源
        in.close();
        out.close();
        socket.close();
    }
}

简单的 UDP 示例

import java.net.*;

// UDP 接收端
class SimpleReceiver {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 创建 DatagramSocket，监听 9999 端口
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket(9999);
        System.out.println("接收端启动，等待数据...");
        
        // 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);
        
        // 解析数据
        String message = new String(
            packet.getData(), 
            0, 
            packet.getLength()
        );
        System.out.println("收到数据: " + message);
        System.out.println("发送方: " + packet.getAddress());
        System.out.println("端口: " + packet.getPort());
        
        // 关闭资源
        socket.close();
    }
}

// UDP 发送端
class SimpleSender {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 创建 DatagramSocket
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
        
        // 准备数据
        String message = "你好，UDP";
        byte[] data = message.getBytes();
        
        // 创建数据包，指定目标 IP 和端口
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(
            data,
            data.length,
            InetAddress.getByName("127.0.0.1"),
            9999
        );
        
        // 发送数据
        socket.send(packet);
        System.out.println("数据已发送");
        
        // 关闭资源
        socket.close();
    }
}

网络编程注意事项

常见问题

最佳实践

资源管理：使用 try-with-resources 自动关闭资源
异常处理：捕获 IOException，提供友好的错误信息
超时设置：设置连接超时和读取超时
端口选择：使用大于 1024 的端口，避免冲突
线程安全：多线程环境下注意同步问题

资源管理示例

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

public class ResourceManagement {
    public static void main(String[] args) {
        // ✅ 使用 try-with-resources 自动关闭资源
        try (
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
            Socket socket = serverSocket.accept();
            BufferedReader in = new BufferedReader(
                new InputStreamReader(socket.getInputStream())
            );
            PrintWriter out = new PrintWriter(
                socket.getOutputStream(), true
            )
        ) {
            // 使用资源
            String message = in.readLine();
            out.println("Echo: " + message);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        // 资源会自动关闭
    }
}

小结

核心要点

网络编程：不同计算机间的数据传输
IP 地址：标识网络中的计算机
端口：标识计算机上的应用程序（0-65535）
协议：
- TCP：面向连接、可靠传输
- UDP：无连接、不可靠但快速
Socket：网络通信的端点（IP + 端口）
Java API：
- TCP：Socket、ServerSocket
- UDP：DatagramSocket、DatagramPacket

注意事项

端口冲突：避免使用常用端口，检查端口占用
资源泄露：及时关闭 Socket 和流
异常处理：捕获 IOException，处理网络异常
超时设置：避免无限期等待

下一步

UDP 编程 - 学习 UDP 通信详解
TCP 编程 - 学习 TCP 通信详解