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Java Socket

2026/01/31
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学习目标

  • 理解 Java 中套接字（Socket）的基本概念及其在网络通信中的作用

  • 掌握客户端与服务器端的套接字编程基本流程

  • 能够使用 java.net 包实现简单的双向通信程序

  • 了解输入 / 输出流在套接字通信中的使用方式

  • 掌握连接资源的正确关闭方法，避免资源泄漏

什么是套接字编程

Java 中的套接字编程允许两台设备通过网络进行通信。它基于 java.net 包，通过客户端与服务器之间的数据交换，构建分布式应用，如聊天系统、文件传输工具或典型的客户端 - 服务器架构应用。套接字（Socket）是通信的端点，每台设备通过 IP 地址和 TCP 端口号相互识别，从而建立连接并传输数据。

客户端编程

建立套接字连接

要连接到服务器，客户端需创建一个 Socket 对象，指定目标服务器的 IP 地址和端口号：

Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 5000);

  • 第一个参数：服务器的 IP 地址。127.0.0.1 表示本地回环地址（即本机），适用于单机测试。

  • 第二个参数：TCP 端口号（范围 0～65535）。例如 HTTP 服务默认使用 80 端口。

数据通信

连接建立后，通过输入流（InputStream）读取数据，通过输出流（OutputStream）发送数据：

InputStream input = socket.getInputStream();   // 从套接字读取数据
OutputStream output = socket.getOutputStream(); // 向套接字写入数据

通常会使用更高级的包装流（如 DataInputStream 和 DataOutputStream）来处理字符串等结构化数据。

关闭连接

通信结束后，必须显式关闭输入流、输出流和套接字，以释放系统资源。

客户端完整示例

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

public class Client {
    private Socket socket = null;
    private DataInputStream userInput = null;
    private DataOutputStream outToServer = null;

    public Client(String address, int port) {
        try {
            socket = new Socket(address, port);
            System.out.println("已连接到服务器");

            userInput = new DataInputStream(System.in);
            outToServer = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
        } catch (UnknownHostException e) {
            System.err.println("未知主机: " + e.getMessage());
            return;
        } catch (IOException e) {
            System.err.println("IO 异常: " + e.getMessage());
            return;
        }

        String message = "";
        while (!message.equals("Over")) {
            try {
                message = userInput.readLine();
                outToServer.writeUTF(message);
            } catch (IOException e) {
                System.err.println("发送消息失败: " + e.getMessage());
            }
        }

        // 关闭资源
        try {
            userInput.close();
            outToServer.close();
            socket.close();
        } catch (IOException e) {
            System.err.println("关闭连接时出错: " + e.getMessage());
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        new Client("127.0.0.1", 5000);
    }
}

如果服务器未启动，运行客户端将抛出 Connection refused 异常。

服务器端编程

建立监听套接字

服务器需要两个关键对象：

  • ServerSocket：监听指定端口，等待客户端连接请求。

  • Socket：一旦有客户端连接，accept() 方法返回一个代表该连接的 Socket 实例，用于与客户端通信。

数据通信

通过 getInputStream() 获取客户端发送的数据，通过 getOutputStream() 向客户端发送响应（本例中仅接收）。

关闭连接

通信完成后，应关闭客户端套接字及相关的流，释放资源。

服务器完整示例

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

public class Server {
    private Socket clientSocket = null;
    private ServerSocket serverSocket = null;
    private DataInputStream inFromClient = null;

    public Server(int port) {
        try {
            serverSocket = new ServerSocket(port);
            System.out.println("服务器已启动");
            System.out.println("等待客户端连接...");

            clientSocket = serverSocket.accept();
            System.out.println("客户端已连接");

            inFromClient = new DataInputStream(
                new BufferedInputStream(clientSocket.getInputStream())
            );

            String message = "";
            while (!message.equals("Over")) {
                try {
                    message = inFromClient.readUTF();
                    System.out.println(message);
                } catch (IOException e) {
                    System.err.println("读取消息失败: " + e.getMessage());
                }
            }

            System.out.println("正在关闭连接...");
            clientSocket.close();
            inFromClient.close();
        } catch (IOException e) {
            System.err.println("服务器异常: " + e.getMessage());
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        new Server(5000);
    }
}

程序执行流程说明

  1. 服务器启动后，在 5000 端口监听。

  2. 客户端尝试连接该端口。

  3. 服务器接受连接，开始读取客户端发送的消息。

  4. 双方持续通信，直到客户端发送 "Over"。

  5. 收到终止信号后，双方关闭连接。

运行示例

步骤

  1. 先运行服务器（在终端 1）：

    $ java Server

    输出：

    服务器已启动
等待客户端连接...

  2. 再运行客户端（在终端 2）：

    $ java Client

    输出：

    已连接到服务器

  3. 在客户端输入消息，服务器将实时打印：

    Hello
我完成了第一个套接字连接
Over

  4. 服务器输出：

    Hello
我完成了第一个套接字连接
Over
正在关闭连接...

提示：若使用 IDE（如 IntelliJ IDEA 或 Eclipse），请在两个独立的运行配置中分别启动 Server 和 Client，并确保先启动 Server。

通信流程

重点总结

要点

说明

ServerSocket

用于监听端口，调用 accept() 等待客户端连接（阻塞方法）

Socket

代表一个具体的连接端点，客户端和服务器各持有一个

数据流

使用 getInputStream() 和 getOutputStream() 进行双向通信

编码实践

使用 DataInputStream / DataOutputStream 配合 readUTF() / writeUTF() 处理字符串

资源管理

必须在 finally 块或 try-with-resources 中关闭流和套接字，防止资源泄漏

启动顺序

必须先启动服务器，再启动客户端，否则连接会被拒绝

思考题

  1. 为什么 ServerSocket.accept() 是一个阻塞方法？在实际项目中如何避免主线程被长时间阻塞？

  2. 如果希望服务器能同时处理多个客户端连接，应该如何修改上述代码？（提示：考虑多线程）

  3. writeUTF() 和 readUTF() 的底层协议是什么？它们对传输的数据长度有何限制？