Java 网络编程全套教程：UDP/TCP Socket 通信、三次握手四次挥手、协议分层全梳理

一、网络编程基础概述

1. 什么是网络编程

在网络通信协议下，不同计算机上运行的程序进行数据传输，就是网络编程。Java 通过java.net包下的 API 实现网络通信，常见应用场景：即时通信、网游、邮件、文件传输等。

2. 两种主流软件架构

二、网络编程三要素（核心基础）

数据在网络中精准传输，必须满足三个核心条件：IP 地址、端口号、通信协议。

1. IP 地址：设备在网络中的唯一标识

IPv4 与 IPv6

• IPv4：32 位地址，总数约 42 亿，目前已耗尽；通过局域网 IP 复用缓解地址不足
• IPv6：128 位地址，总数 2^128，彻底解决地址不足问题

特殊 IP 与常用命令

• 本机回环地址：127.0.0.1 / localhost，永远指向当前设备本机
• CMD 常用命令：
  • ipconfig：查看本机 IP 地址
  • ping IP：检查与目标地址网络是否连通

Java IP 操作类：InetAddress

// 获取本机IP对象
InetAddress address = InetAddress.getByName("DESKTOP-5033SAM");
// 获取主机名
String name = address.getHostName();
// 获取IP地址字符串
String ip = address.getHostAddress();

2. 端口号：应用程序在设备中的唯一标识

• 取值范围：0~65535（两个字节表示的整数）
• 0~1023：预留给知名网络服务（如 HTTP 80、HTTPS 443）
• 自定义程序推荐使用 1024 以上的端口
• 核心规则：一个端口同一时间只能被一个程序占用

3. 通信协议：数据传输的规则

OSI 七层模型 vs TCP/IP 四层模型

三、UDP 通信编程

1. UDP 协议核心特点

• 无连接：发送前不建立连接，直接发数据包
• 不可靠：不保证数据一定送达，丢包不重传
• 速度快、开销小：适合直播、在线视频、语音通话等对实时性要求高的场景

2. UDP 通信执行流程

基于DatagramSocket（快递站）和DatagramPacket（快递包裹）实现

发送端步骤

接收端步骤

3. 基础代码实现

发送端

public class SendDemo {
public static void main(String[] args) throws IOException {
DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
String msg = "hello udp";
byte[] bytes = msg.getBytes();
InetAddress address = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
int port = 10086;
DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes, bytes.length, address, port);
ds.send(dp);
ds.close();
}
}

接收端

public class ReceiveDemo {
public static void main(String[] args) throws IOException {
DatagramSocket ds = new DatagramSocket(10086);
byte[] bytes = new byte[1024];
DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes, bytes.length);
ds.receive(dp);
// 解析数据
byte[] data = dp.getData();
int len = dp.getLength();
System.out.println("收到：" + new String(data,0,len));
ds.close();
}
}

4. UDP 三种通信方式

四、TCP 通信编程

1. TCP 协议核心特点

• 面向连接：通信前必须通过三次握手建立连接
• 可靠传输：保证数据有序、不丢失、不重复
• 传输效率低于 UDP，适合文件上传下载、网页浏览、邮件等对数据完整性要求高的场景
• 基于 IO 流进行数据传输，两端分别为Socket（客户端）和ServerSocket（服务端）

2. TCP 通信执行流程

客户端（Socket）

服务端（ServerSocket）

3. 基础代码实现

客户端

public class TcpClient {
public static void main(String[] args) throws IOException {
Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 10000);
// 发送数据
OutputStream os = socket.getOutputStream();
os.write("你好服务器".getBytes());
// 接收返回
InputStream is = socket.getInputStream();
byte[] buf = new byte[1024];
int len = is.read(buf);
System.out.println("服务端回复：" + new String(buf,0,len));
socket.close();
}
}

服务端

public class TcpServer {
public static void main(String[] args) throws IOException {
ServerSocket ss = new ServerSocket(10000);
Socket accept = ss.accept(); // 等待客户端连接
// 读取数据
InputStream is = accept.getInputStream();
byte[] buf = new byte[1024];
int len;
while((len = is.read(buf)) != -1){
System.out.println("收到：" + new String(buf,0,len));
}
// 回复数据
OutputStream os = accept.getOutputStream();
os.write("收到了".getBytes());
accept.close();
ss.close();
}
}

4. 三次握手：TCP 连接建立

目的是确认双方收发能力正常，共三次交互：

5. 四次挥手：TCP 连接断开

目的是确保双方数据都传输完毕，安全断开连接：

五、UDP vs TCP 核心对比

六、开发避坑指南 ⚠️

七、文末总结

网络编程的核心是三要素：IP 定位设备、端口定位程序、协议约定规则。UDP 快但不可靠，TCP 可靠但稍慢，根据业务场景选型。掌握 Socket 基础通信、三次握手四次挥手原理，是后端网络开发的必备基础。