Java网络编程实战：从基础到高阶，构建网络应用，轻松连接世界

# 1. Java网络编程基础**

Java网络编程是利用Java语言进行网络通信和应用程序开发的技术。它提供了一系列API和框架，使开发者能够轻松地创建和管理网络应用程序。

Java网络编程的基础知识包括网络通信协议（如TCP/IP）和网络编程模型（如Socket编程）。TCP/IP协议栈定义了数据在网络上传输的方式，而Socket编程模型提供了应用程序与网络进行交互的接口。

Java提供了丰富的网络编程API，其中最核心的类位于java.net包中。这些类包括Socket、ServerSocket、InetAddress和URL，它们提供了创建网络连接、发送和接收数据以及解析网络地址等基本功能。

# 2. Java网络编程核心技术

### 2.1 网络通信协议和网络编程模型

#### 2.1.1 TCP/IP协议栈和网络模型

TCP/IP协议栈是一个分层的网络协议套件，它为网络通信提供了端到端的连接。该协议栈由以下层组成：

| 层级 | 协议 | 功能 |
|---|---|---|
| 应用层 | HTTP、FTP、SMTP | 提供应用程序之间的通信 |
| 传输层 | TCP、UDP | 提供可靠或不可靠的数据传输 |
| 网络层 | IP | 提供数据包寻址和路由 |
| 数据链路层 | 以太网、Wi-Fi | 在物理网络上传输数据帧 |
| 物理层 | 光纤、铜缆 | 提供物理连接 |

#### 2.1.2 Socket编程模型和客户端/服务器架构

Socket编程模型是一种网络编程范式，它使用称为套接字的端点在计算机之间进行通信。套接字可以是客户端套接字（用于发起连接）或服务器套接字（用于侦听连接）。

客户端/服务器架构是一种网络应用程序模型，其中客户端向服务器发送请求，服务器处理请求并向客户端返回响应。

### 2.2 Java网络编程API

#### 2.2.1 java.net包中的核心类

java.net包提供了Java网络编程的基础类：

| 类 | 功能 |
|---|---|
| Socket | 表示网络套接字 |
| ServerSocket | 表示服务器套接字 |
| InetAddress | 表示IP地址 |
| URL | 表示统一资源定位符 |
| HttpURLConnection | 用于发送HTTP请求和接收响应 |

#### 2.2.2 NIO和NIO.2包中的异步IO技术

NIO（非阻塞IO）和NIO.2（新非阻塞IO）包提供了异步IO技术，它允许应用程序在不阻塞主线程的情况下执行IO操作。

NIO的主要类包括：

| 类 | 功能 |
|---|---|
| Selector | 选择感兴趣的IO事件 |
| SocketChannel | 非阻塞套接字通道 |
| ByteBuffer | 用于缓冲数据 |

NIO.2引入了更高级别的异步IO API，包括：

| 类 | 功能 |
|---|---|
| AsynchronousSocketChannel | 异步套接字通道 |
| CompletionHandler | 处理异步IO操作完成时的回调 |

代码示例：

import java.net.InetSocketAddress;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class EchoServer {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket();
        serverSocket.bind(new InetSocketAddress(8080));

        while (true) {
            Socket clientSocket = serverSocket.accept();
            // 在这里处理客户端请求
        }
    }
}

逻辑分析：

这段代码创建一个服务器套接字，绑定到端口8080。它无限循环，等待客户端连接。当客户端连接时，它接受连接并创建一个客户端套接字。然后，它可以在客户端套接字上处理客户端请求。

# 3.1 客户端/服务器通信

#### 3.1.1 TCP客户端和服务器的实现

TCP（传输控制协议）是一种面向连接、可靠的传输层协议，它在客户端和服务器之间建立虚拟电路，确保数据传输的可靠性和顺序性。

**TCP客户端实现**

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

public class TCPClient {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 创建一个套接字，连接到服务器
        Socket socket = new Socket("localhost", 8080);

        // 从套接字中获取输出流
        OutputStream out = socket.getOutputStream();

        // 将数据写入输出流
        out.write("Hello from client".getBytes());

        // 从套接字中获取输入流
        InputStream in = socket.getInputStream();

        // 从输入流中读取数据
        byte[] buffer = new byte[1024];
        int len = in.read(buffer);

        // 将数据转换为字符串
        String message = new String(buffer, 0, len);

        // 打印服务器返回的消息
        System.out.println("Received from server: " + message);

        // 关闭套接字
        socket.close();
    }
}

**逻辑分析：**

* `Socket socket = new Socket("localhost", 8080);`：创建客户端套接字，连接到本地主机 8080 端口的服务器。
* `OutputStream out = socket.getOutputStream();`：获取输出流，用于向服务器发送数据。
* `out.write("Hello from client".getBytes());`：将数据写入输出流，发送到服务器。
* `InputStream in = socket.getInputStream();`：获取输入流，用于接收服务器返回的数据。
* `byte[] buffer = new byte[1024];`：创建一个缓冲区，用于存储从服务器接收的数据。
* `int len = in.read(buffer);`：从输入流中读取数据，并存储到缓冲区中。
* `String message = new String(buffer, 0, len);`：将缓冲区中的数据转换为字符串。
* `System.out.println("Received from server: " + message);`：打印服务器返回的消息。
* `socket.close();`：关闭套接字连接。

**TCP服务器实现**

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

public class TCPServer {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 创建一个服务器套接字，监听 8080 端口
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080);

        // 等待客户端连接
        Socket socket = serverSocket.accept();

        // 从套接字中获取输入流
        InputStream in = socket.getInputStream();

        // 从输入流中读取数据
        byte[] buffer = new byte[1024];
        int len = in