Socket 是网络通信的基础，用于在计算机之间建立连接并交换数据。本文将介绍 Java 中的 Socket 编程，包括其背景、工作原理、常见用法，以及如何实现一个简单的客户端和服务端通信。

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Socket 的背景与工作原理

背景

1. Socket 的定义<br />Socket 是网络通信的端点，允许两个应用程序通过网络进行数据交换。

2. Socket 的分类

   • TCP Socket：基于传输控制协议 (TCP)，提供可靠的、面向连接的通信。
   • UDP Socket：基于用户数据报协议 (UDP)，提供无连接的、快速但不可靠的通信。

3. Socket 的核心作用

   • 建立连接：通过 IP 地址和端口号标识通信端点。
   • 数据传输：实现应用程序之间的消息发送和接收。

工作原理

1. 服务器端

   • 绑定地址和端口，监听客户端连接请求。
   • 与客户端建立连接后，通过输入输出流交换数据。

2. 客户端

   • 向服务器发送连接请求。
   • 建立连接后，进行数据传输。

总结：Socket 是应用层和传输层之间的桥梁，封装了复杂的底层网络通信逻辑，使开发者可以专注于数据传输和处理。

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Socket 编程的关键 API

1. 服务端相关 API

• ServerSocket：监听特定端口的客户端连接。
• accept() ：阻塞方法，等待并接受客户端连接。
• getInputStream() & getOutputStream() ：用于接收和发送数据。

2. 客户端相关 API

• Socket：表示一个客户端到服务器的连接。
• connect() ：连接到指定服务器。
• getInputStream() & getOutputStream() ：与服务端交换数据。

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示例：实现简单的客户端-服务端通信

以下示例展示了如何使用 Java 实现一个 TCP Socket 通信。

服务端代码

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

public class Server {
    public static void main(String[] args) {
        int port = 12345; // 服务端监听端口
        try (ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port)) {
            System.out.println("服务端已启动，等待客户端连接...");
            Socket socket = serverSocket.accept(); // 等待客户端连接

            // 获取输入输出流
            InputStream input = socket.getInputStream();
            BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(input));
            OutputStream output = socket.getOutputStream();
            PrintWriter writer = new PrintWriter(output, true);

            // 接收客户端消息
            String message = reader.readLine();
            System.out.println("接收到客户端消息: " + message);

            // 向客户端发送响应
            writer.println("Hello, Client! 我是服务端。");

            socket.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

客户端代码

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

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        String host = "localhost"; // 服务器地址
        int port = 12345; // 服务器端口
        try (Socket socket = new Socket(host, port)) {
            // 获取输入输出流
            OutputStream output = socket.getOutputStream();
            PrintWriter writer = new PrintWriter(output, true);
            InputStream input = socket.getInputStream();
            BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(input));

            // 向服务端发送消息
            writer.println("Hello, Server! 我是客户端。");

            // 接收服务端响应
            String response = reader.readLine();
            System.out.println("接收到服务端响应: " + response);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

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运行步骤

1. 运行服务端程序 Server。

   • 服务端会在指定端口（12345）等待客户端连接。

2. 运行客户端程序 Client。

   • 客户端会向服务端发送消息，并接收服务端响应。

运行结果：

• 服务端：打印 接收到客户端消息: Hello, Server! 我是客户端。。
• 客户端：打印 接收到服务端响应: Hello, Client! 我是服务端。。

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Socket 编程的注意事项

1. 端口管理

   • 避免使用被占用的端口，常用端口号范围为 1024-49151。

2. 多线程支持

   • 服务端需要使用多线程来处理多个客户端连接。

3. 异常处理

   • 网络通信中可能出现超时、断开等异常，需要进行适当的处理。

4. 资源释放

   • 确保关闭 Socket 和流，避免资源泄漏。

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进阶功能

1. 多线程服务端

   • 使用线程池处理多个客户端请求。

2. 长连接与心跳检测

   • 实现持续通信机制，监控连接状态。

3. SSL/TLS 加密

   • 提高数据传输的安全性。

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总结

本文介绍了 Java 中的 Socket 编程基础，通过示例展示了如何实现简单的客户端和服务端通信。Socket 是网络编程的基础技能，在实现实时聊天、文件传输、网络爬虫等应用中发挥着重要作用。

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