Socket编程（Java）

Java中的Socket编程主要分为TCP协议和UDP协议两种实现方式，两者者基于不同的通信模型，适用于不同的场景。以下从核心类、工作流程、特点及适用场景等方面进行总结：

一、TCP Socket编程（面向连接）

TCP（Transmission Control Protocol）是一种面向连接、可靠的、基于字节流的传输协议，通信前需建立连接（三次握手），通信后需断开连接（四次挥手），保证数据有序、不丢失。

1. 核心类

• ServerSocket：服务器端套接字，用于监听指定端口的连接请求，核心方法：
  • ServerSocket(int port)：绑定到指定端口
  • accept()：阻塞等待客户端连接，返回一个Socket对象（与客户端通信的套接字）
  • close()：关闭服务器套接字
• Socket：客户端套接字（也用于服务器端与客户端通信的连接），核心方法：
  • Socket(String host, int port)：连接到指定主机和端口的服务器
  • getInputStream()：获取输入流（读取对方数据）
  • getOutputStream()：获取输出流（向对方发送数据）
  • getInetAddress()：获取对方的IP地址
  • close()：关闭套接字

2. 工作流程

• 服务器端：
  1. 创建ServerSocket并绑定端口（如new ServerSocket(8080)）
  2. 调用accept()阻塞等待客户端连接，获取与客户端通信的Socket
  3. 通过Socket的输入流读取客户端数据，输出流发送响应
  4. 通信结束后关闭Socket和ServerSocket
• 客户端：
  1. 创建Socket并指定服务器IP和端口（如new Socket("localhost", 8080)）
  2. 通过Socket的输出流发送数据，输入流读取服务器响应
  3. 通信结束后关闭Socket

3. 特点

• 面向连接：通信前必须建立连接，连接断开后需重连
• 可靠性：通过确认、重传机制保证数据不丢失、不重复、有序到达
• 字节流传输：数据以流的形式连续传输，无大小限制（理论上）
• 效率较低：连接建立和维护有额外开销

4. 示例代码要点

// 服务器端核心代码
try (ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080)) {
    Socket clientSocket = serverSocket.accept(); // 等待连接
    // 获取输入流（读客户端数据）
    try (BufferedReader in = new BufferedReader(
             new InputStreamReader(clientSocket.getInputStream()));
         // 获取输出流（向客户端写数据）
         PrintWriter out = new PrintWriter(clientSocket.getOutputStream(), true)) {
        
        String message = in.readLine(); // 读数据
        out.println("收到：" + message); // 发响应
    }
}

// 客户端核心代码
try (Socket socket = new Socket("localhost", 8080)) {
    PrintWriter out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);
    BufferedReader in = new BufferedReader(
        new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
    
    out.println("Hello TCP Server"); // 发数据
    String response = in.readLine(); // 读响应
}

二、UDP Socket编程（无连接）

UDP（User Datagram Protocol）是一种无连接、不可靠、基于数据报的传输协议，通信前无需建立连接，直接发送数据报，不保证数据到达顺序和完整性，但传输效率高。

1. 核心类

• DatagramSocket：用于发送和接收数据报的套接字，核心方法：
  • DatagramSocket(int port)：绑定到指定端口（服务器端）
  • DatagramSocket()：不绑定端口（客户端，系统自动分配）
  • receive(DatagramPacket p)：阻塞接收数据报，存入p
  • send(DatagramPacket p)：发送数据报p
  • close()：关闭套接字
• DatagramPacket：数据报包，封装了数据、目标地址（发送时）或源地址（接收时），核心方法：
  • DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress address, int port)：创建发送的数据报（含数据、目标IP和端口）
  • DatagramPacket(byte[] buf, int length)：创建接收的数据报（含缓冲区）
  • getLength()：获取实际接收的数据长度
  • getData()：获取数据缓冲区
  • getAddress()：获取发送方IP地址（接收时）
  • getPort()：获取发送方端口（接收时）

2. 工作流程

• 服务器端：
  1. 创建DatagramSocket并绑定端口（如new DatagramSocket(8080)）
  2. 创建DatagramPacket（含缓冲区），调用receive()阻塞等待数据报
  3. 从DatagramPacket中解析发送方信息（IP、端口）和数据
  4. （可选）创建响应数据报，通过send()发送给客户端
  5. 通信结束后关闭DatagramSocket
• 客户端：
  1. 创建DatagramSocket（不绑定端口）
  2. 构建数据报（含数据、服务器IP和端口），调用send()发送
  3. （可选）创建接收数据报，调用receive()等待服务器响应
  4. 通信结束后关闭DatagramSocket

3. 特点

• 无连接：无需建立连接，直接发送数据，减少开销
• 不可靠：不保证数据到达，可能丢失、重复或乱序
• 数据报传输：每个数据报有大小限制（通常≤65535字节）
• 效率高：适合实时性要求高的场景

4. 示例代码要点

// 服务器端核心代码
try (DatagramSocket socket = new DatagramSocket(8080)) {
    byte[] buff = new byte[1024];
    DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buff, buff.length);
    socket.receive(packet); // 接收数据报
    
    // 解析数据和客户端信息
    String message = new String(packet.getData(), 0, packet.getLength());
    InetAddress clientAddr = packet.getAddress();
    int clientPort = packet.getPort();
    
    // 发送响应
    byte[] response = "收到".getBytes();
    DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(
        response, response.length, clientAddr, clientPort);
    socket.send(responsePacket);
}

// 客户端核心代码
try (DatagramSocket socket = new DatagramSocket()) {
    String message = "Hello UDP Server";
    byte[] data = message.getBytes();
    InetAddress serverAddr = InetAddress.getByName("localhost");
    // 创建数据报（目标服务器IP和端口）
    DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, data.length, serverAddr, 8080);
    socket.send(packet); // 发送
    
    // 接收响应
    byte[] buff = new byte[1024];
    DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(buff, buff.length);
    socket.receive(responsePacket);
}

三、TCP与UDP的对比及适用场景

特性	TCP	UDP
连接性	面向连接（需三次握手）	无连接（直接发送）
可靠性	可靠（保证数据完整、有序）	不可靠（可能丢失、乱序）
传输方式	字节流	数据报（有限大小）
效率	较低（连接和确认开销）	较高（无额外开销）
适用场景	文件传输、HTTP/HTTPS、邮件等	实时通信（视频/语音）、游戏、广播等

四、共同注意事项

1. 资源关闭：使用try-with-resources自动关闭Socket、ServerSocket、DatagramSocket等资源，避免泄露。
2. 异常处理：捕获IOException（如端口占用、网络中断），增强程序健壮性。
3. 多线程：TCP服务器需通过多线程处理多个客户端连接；UDP服务器可通过多线程并行处理数据报。
4. 缓冲区大小：UDP需注意数据报大小限制，TCP需合理设置流缓冲区避免性能问题。

通过上述总结，可以清晰区分Java中TCP和UDP Socket编程的实现方式，根据实际需求选择合适的协议进行开发。