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Java 实例 – ServerSocket 和 Socket 通信实例（超详细）

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在 Java 编程中，网络通信是构建分布式系统和客户端-服务器架构的核心能力。无论是开发聊天应用、在线游戏，还是搭建简单的数据传输工具，掌握 ServerSocket 和 Socket 的使用方法都至关重要。本文将通过循序渐进的实例，结合形象的比喻和代码演示，帮助读者理解 Java 网络通信的底层逻辑，并逐步构建一个完整的通信案例。

一、基础概念解析：Socket 与 ServerSocket 的角色分工

1.1 Socket：网络通信的“邮差”

想象一下，你给朋友写信时需要一个邮差（Socket）来传递信件。在 Java 中，Socket 是客户端与服务器端建立连接的核心类。它负责：

  • 主动发起连接：客户端通过 new Socket("服务器地址", 端口号) 向服务器发起请求。
  • 传输数据：通过输入/输出流（InputStream/OutputStream）发送或接收数据。

1.2 ServerSocket：监听端口的“邮局”

服务器端则像一个邮局（ServerSocket），它通过以下方式工作：

  • 监听指定端口：使用 new ServerSocket(端口号) 告诉系统“我在这里等待信件”。
  • 被动接受连接：当客户端连接时，通过 accept() 方法“接收信件”并返回一个 Socket 对象。

1.3 主动与被动的比喻

  • 客户端（Socket）：像主动投递信件的邮差，必须知道邮局（ServerSocket）的位置和端口号（邮局编号）。
  • 服务器端（ServerSocket）：像静候收发信件的邮局，端口是它的唯一标识。

二、第一个通信实例：Hello World

2.1 服务器端代码实现

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

public class SimpleServer {  
    public static void main(String[] args) throws IOException {  
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888); // 监听8888端口  
        System.out.println("服务器已启动，等待连接...");  

        Socket clientSocket = serverSocket.accept(); // 阻塞等待客户端连接  
        System.out.println("客户端已连接！");  

        // 创建输入流读取客户端数据  
        BufferedReader in = new BufferedReader(  
            new InputStreamReader(clientSocket.getInputStream()));  

        // 创建输出流向客户端发送数据  
        PrintWriter out = new PrintWriter(clientSocket.getOutputStream(), true);  

        String clientMessage = in.readLine();  
        System.out.println("客户端消息：" + clientMessage);  

        out.println("Hello Client! 服务器已收到你的消息！");  

        // 关闭资源  
        in.close();  
        out.close();  
        clientSocket.close();  
        serverSocket.close();  
    }  
}

2.2 客户端代码实现

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

public class SimpleClient {  
    public static void main(String[] args) throws IOException {  
        Socket socket = new Socket("localhost", 8888); // 连接本地服务器的8888端口  

        // 创建输出流发送数据  
        PrintWriter out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);  
        out.println("Hello Server! 我是客户端！");  

        // 创建输入流读取服务器响应  
        BufferedReader in = new BufferedReader(  
            new InputStreamReader(socket.getInputStream()));  

        String serverResponse = in.readLine();  
        System.out.println("服务器回复：" + serverResponse);  

        // 关闭资源  
        out.close();  
        in.close();  
        socket.close();  
    }  
}

2.3 运行步骤与验证

  1. 先运行 SimpleServer，控制台输出：“服务器已启动，等待连接...”。
  2. 再运行 SimpleClient，客户端控制台显示：“服务器回复：Hello Client! 服务器已收到你的消息！”。
  3. 服务器控制台显示客户端消息：“Hello Server! 我是客户端！”。

三、数据传输的细节处理

3.1 字符编码与流的选择

在代码中，我们使用了 PrintWriter 和 BufferedReader 处理字符数据。若需传输二进制数据（如图片、文件），应改用字节流：

// 服务器端发送字节流示例  
OutputStream out = clientSocket.getOutputStream();  
byte[] data = "二进制数据".getBytes(StandardCharsets.UTF_8);  
out.write(data);  

// 客户端读取字节流示例  
InputStream in = socket.getInputStream();  
byte[] buffer = new byte[1024];  
int bytesRead = in.read(buffer);  
String receivedData = new String(buffer, 0, bytesRead, StandardCharsets.UTF_8);

3.2 异常处理与资源管理

直接关闭流和 Socket 可能引发资源泄漏。推荐使用 try-with-resources 自动管理：

try (  
    ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);  
    Socket clientSocket = serverSocket.accept();  
    PrintWriter out = new PrintWriter(clientSocket.getOutputStream(), true);  
    BufferedReader in = new BufferedReader(  
        new InputStreamReader(clientSocket.getInputStream()))  
) {  
    // 通信逻辑  
} catch (IOException e) {  
    e.printStackTrace();  
}

四、扩展应用：多线程服务器

4.1 问题：单线程服务器的局限性

当前代码中，服务器每次只能处理一个客户端请求。若第二个客户端在第一个连接未关闭前尝试连接，将被阻塞在 accept() 方法中。

4.2 解决方案：多线程化

通过为每个连接创建独立线程，服务器可同时处理多个客户端。修改后的代码如下：

public class MultiThreadServer {  
    public static void main(String[] args) throws IOException {  
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);  
        System.out.println("多线程服务器启动...");  

        while (true) {  
            Socket clientSocket = serverSocket.accept();  
            new ClientHandler(clientSocket).start();  
        }  
    }  

    static class ClientHandler extends Thread {  
        private final Socket socket;  

        public ClientHandler(Socket socket) {  
            this.socket = socket;  
        }  

        @Override  
        public void run() {  
            try (  
                PrintWriter out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);  
                BufferedReader in = new BufferedReader(  
                    new InputStreamReader(socket.getInputStream()))  
            ) {  
                String clientMessage = in.readLine();  
                System.out.println("客户端消息：" + clientMessage);  
                out.println("服务器已收到！");  
            } catch (IOException e) {  
                e.printStackTrace();  
            } finally {  
                try {  
                    socket.close();  
                } catch (IOException e) {  
                    e.printStackTrace();  
                }  
            }  
        }  
    }  
}

4.3 运行效果

启动 MultiThreadServer 后，多个客户端可同时连接并收发消息，彼此之间互不干扰。

五、常见问题与解决方案

5.1 端口被占用

若启动服务器时提示端口被占用，可尝试：

  1. 更改端口号（如 new ServerSocket(9999)）。
  2. 关闭占用端口的进程（如通过 netstat -ano 查找并终止）。

5.2 数据粘包问题

当数据分批次发送时，可能因网络延迟导致接收端读取到的数据“粘连”。解决方法包括：

  • 固定长度协议：发送前先发送数据长度。
  • 分隔符协议：用 \n 或自定义符号分隔消息。
// 发送端  
String message = "Hello\nWorld";  
out.write(message.getBytes());  

// 接收端  
StringBuilder buffer = new StringBuilder();  
while (true) {  
    int data = in.read();  
    if (data == '\n') {  
        break;  
    }  
    buffer.append((char) data);  
}  
String received = buffer.toString();

六、结论

通过本文的实例，我们掌握了 ServerSocket 和 Socket 的核心用法，从单线程通信到多线程扩展，逐步构建了一个完整的网络通信系统。理解以下关键点至关重要：

  • 主动与被动：客户端主动发起连接，服务器被动监听。
  • 资源管理：使用 try-with-resources 避免泄漏。
  • 扩展方向：通过多线程或协议设计提升系统能力。

建议读者尝试修改示例代码，例如添加文件传输功能，或使用 NIO 框架优化性能。掌握这些基础后，可进一步探索 HTTP 协议实现、WebSocket 或分布式系统开发，为构建更复杂的网络应用打下坚实基础。

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