編程自學指南：java程序設計開發，網絡編程基礎

學習目標：

1. 理解網絡協議（TCP/IP、UDP）的核心概念

2. 掌握Socket編程實現客戶端與服務端通信

3. 能夠通過多線程處理并發網絡請求

4. 開發簡單的網絡應用（如聊天程序、文件傳輸工具）

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一、課程引入

1.1 網絡編程的應用場景

• 實時通信：聊天軟件、視頻會議

• 數據傳輸：文件下載、云存儲

• 遠程控制：物聯網設備管理、服務器監控

1.2 核心概念

• IP地址：設備的唯一標識（如192.168.1.1）

• 端口號：應用程序的通信入口（0~65535）

• TCP vs UDP：

  • TCP：可靠傳輸（三次握手），如網頁瀏覽、文件傳輸

  • UDP：高效但不可靠，如視頻流、實時游戲

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二、TCP編程

2.1 服務端開發步驟

1. 創建ServerSocket監聽端口

2. 調用accept()等待客戶端連接

3. 通過輸入輸出流進行數據讀寫

4. 關閉資源

案例1：服務端回聲程序（Echo Server）

public class TCPServer {  public static void main(String[] args) throws IOException {  try (ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888)) {  System.out.println("服務端啟動，等待連接...");  Socket clientSocket = serverSocket.accept();  BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(clientSocket.getInputStream()));  PrintWriter out = new PrintWriter(clientSocket.getOutputStream(), true);  String inputLine;  while ((inputLine = in.readLine()) != null) {  System.out.println("收到客戶端消息：" + inputLine);  out.println("【服務端響應】" + inputLine);  // 回聲  }  }  }  
}

2.2 客戶端開發步驟

1. 創建Socket連接服務端

2. 通過輸入輸出流通信

案例2：TCP客戶端

public class TCPClient {  public static void main(String[] args) throws IOException {  try (Socket socket = new Socket("localhost", 8888)) {  PrintWriter out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);  BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));  BufferedReader stdIn = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));  String userInput;  while ((userInput = stdIn.readLine()) != null) {  out.println(userInput);  System.out.println("服務端回復：" + in.readLine());  }  }  }  
}

三、UDP編程

3.1 數據報通信（DatagramSocket）

案例3：UDP消息發送與接收

// 發送端  
public class UDPSender {  public static void main(String[] args) throws IOException {  DatagramSocket socket = new DatagramSocket();  byte[] data = "Hello UDP".getBytes();  DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, data.length, InetAddress.getByName("localhost"), 9999);  socket.send(packet);  socket.close();  }  
}  // 接收端  
public class UDPReceiver {  public static void main(String[] args) throws IOException {  DatagramSocket socket = new DatagramSocket(9999);  byte[] buffer = new byte[1024];  DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);  socket.receive(packet);  String msg = new String(packet.getData(), 0, packet.getLength());  System.out.println("收到消息：" + msg);  socket.close();  }  
}

四、HTTP客戶端開發

4.1 使用HttpURLConnection

案例4：獲取網頁內容

public class HTTPClient {  public static void main(String[] args) throws IOException {  URL url = new URL("https://www.example.com");  HttpURLConnection conn = (HttpURLConnection) url.openConnection();  conn.setRequestMethod("GET");  try (BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(conn.getInputStream()))) {  String line;  while ((line = in.readLine()) != null) {  System.out.println(line);  }  }  }  
}

五、綜合案例：多線程聊天室

5.1 服務端（支持多客戶端）

public class ChatServer {  private static final List<Socket> clients = new ArrayList<>();  public static void main(String[] args) throws IOException {  ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);  System.out.println("聊天室服務端啟動...");  while (true) {  Socket clientSocket = serverSocket.accept();  clients.add(clientSocket);  new Thread(() -> handleClient(clientSocket)).start();  }  }  private static void handleClient(Socket clientSocket) {  try (BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(clientSocket.getInputStream()))) {  String msg;  while ((msg = in.readLine()) != null) {  System.out.println("廣播消息：" + msg);  broadcast(msg, clientSocket);  }  } catch (IOException e) {  e.printStackTrace();  }  }  private static void broadcast(String msg, Socket sender) {  for (Socket client : clients) {  if (client != sender) {  try {  PrintWriter out = new PrintWriter(client.getOutputStream(), true);  out.println(msg);  } catch (IOException e) {  e.printStackTrace();  }  }  }  }  
}

5.2 客戶端代碼（參考案例2修改）

• 每個客戶端獨立線程接收服務端廣播消息

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六、常見錯誤與最佳實踐

6.1 常見錯誤

• 錯誤1：端口被占用

  new ServerSocket(8888); // 若端口已被占用，拋出BindException

  錯誤2：未處理Socket超時

socket.setSoTimeout(5000); // 設置讀取超時時間，避免無限等待

6.2 最佳實踐

1. 使用try-with-resources自動關閉Socket和流

2. TCP場景選擇：

   • 需可靠傳輸 → TCP（如文件傳輸）

   • 需低延遲 → UDP（如實時游戲）

3. 多線程優化：使用線程池（如ExecutorService）管理客戶端連接

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七、總結與練習

7.1 總結

• TCP編程：可靠傳輸，需建立連接（三次握手）

• UDP編程：高效但不可靠，適合實時場景

• HTTP客戶端：通過URLConnection訪問Web服務

7.2 課后任務

1. 實現一個TCP文件傳輸工具（客戶端發送文件，服務端保存）

2. 用UDP協議實現簡單的時間服務器（客戶端請求時間，服務端返回當前時間）

3. 預習下一節課：反射與注解

7.3 擴展挑戰

• 基于WebSocket實現實時聊天程序（可借助Java EE或Spring框架）