【Java】网络编程：TCP与UDP协议详解TCP是面向连接的可靠协议，UDP是无连接的快速协议。Java通过Socke

一、TCP/UDP协议概述

协议定义

TCP（Transmission Control Protocol）：传输控制协议/网间协议
UDP（User Datagram Protocol）：用户数据包协议
层级：均属于传输层协议

TCP协议特点

TCP协议是面向连接、可靠的、基于字节流的通信协议。

主要特征：

面向连接的传输
- 两个使用TCP的主机在传输数据前必须先建立TCP连接
- 使用三次握手建立连接
可靠性强
- 确保传输数据的正确性
- 不出现丢失或乱序
端到端通信
- TCP连接通常是一个客户端和一个服务器端
- 不支持广播和多播
字节流方式
- 以字节为单位传输字节序列
- 字节流的解释由应用层负责

UDP协议特点

UDP是一种无连接的传输协议，提供面向事务的简单不可靠传输服务。

主要特征：

无连接
- 传输数据前不建立连接
- 发送端只管发送，不关心接收状态
- 接收端只读取收到的信息
无连接状态维护
- 不需要维护连接状态
- 一台服务器可同时向多个客户端传输相同消息
开销小
- UDP信息包头部仅8个字节（TCP为20个字节）
- 额外开销很小
高吞吐量
- 不受拥塞控制算法调节
- 只受应用软件生成数据速率、传输带宽、主机性能限制
尽力而为交付
- 不保证可靠交付
- 主机不需要维持复杂的连接状态表
面向报文
- 保留报文边界
- 不拆分也不合并报文
- 应用程序需要选择合适的报文大小

二、Java网络编程基础类

InetAddress类

表示互联网协议IP地址的类。

主要方法：

方法	返回类型	描述
equals(Object obj)	boolean	将此对象与指定对象比较
getAddress()	byte[]	返回此InetAddress对象的原始IP地址
getAllByName(String host)	static InetAddress[]	返回指定主机名的所有IP地址数组
getByAddress(byte[] addr)	static InetAddress	根据原始IP返回InetAddress对象
getByAddress(String host, byte[] addr)	static InetAddress	根据主机名和IP创建InetAddress
getByName(String host)	static InetAddress	根据主机名获取IP地址
getHostAddress()	String	返回IP地址字符串
getHostName()	String	返回主机名称（如未注册则返回IP地址）
getLocalHost()	static InetAddress	返回本地主机
toString()	String	返回"主机名/IP地址"格式字符串

InetSocketAddress类

实现IP套接字地址，封装了IP和端口号。

三、TCP网络传输

核心概念

TCP传输建立时必须有客户端和服务端两个端点：

客户端：Socket
服务端：ServerSocket

由于TCP是面向连接的协议，Socket建立时会自动开启流对象进行数据操作。

Socket类（客户端）

实现客户端套接字，是两台机器间通信的端点。

构造方法：

Socket()
Socket(InetAddress address, int port)    // 连接指定IP和端口的服务端
Socket(String host, int port)            // 连接指定主机名和端口

常用方法：

方法	描述
bind(SocketAddress bindpoint)	绑定到本地地址
close()	关闭套接字
connect(SocketAddress endpoint)	将此套接字连接到服务器
getInetAddress()	获取套接字连接的地址
getPort()	获取套接字连接的端口
getInputStream()	获取输入流
getOutputStream()	获取输出流

ServerSocket类（服务端）

实现服务器套接字，通过accept方法获取连接的Socket对象。

构造方法：

ServerSocket()
ServerSocket(int port)                   // 监听指定端口

常用方法：

方法	描述
accept()	监听并接受连接（阻塞式方法）
bind(SocketAddress endpoint)	绑定到特定地址
close()	关闭套接字
getInetAddress()	获取套接字地址
getLocalPort()	返回监听端口

TCP传输完整示例

import java.io.BufferedReader;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStreamWriter;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.net.UnknownHostException;
import java.util.Scanner;

public class TCPExample {
    
    // 客户端和服务器需要分别封装成两个线程
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 开启服务端线程
        new Thread(new ServerSide()).start();
        // 开启客户端线程
        new Thread(new ClientSide()).start();
    }
}

// 客户端线程
class ClientSide implements Runnable {
    public void run() {
        Socket s;
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        BufferedWriter bufw = null;
        BufferedReader bufr;
        
        try {
            // 开启客户端连接本地11111端口
            s = new Socket("127.0.0.1", 11111);
            
            // 获取连接的输入输出流
            bufw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(s.getOutputStream()));
            bufr = new BufferedReader(new InputStreamReader(s.getInputStream()));
            
            // 客户端循环输入并获取服务端返回的字符串
            while (sc.hasNext()) {
                String scannerIn = sc.next();
                
                // 将键盘录入写入Socket流中
                bufw.write(scannerIn);
                bufw.newLine();  // 服务端需要判断行结尾
                bufw.flush();
                
                // 如果输入q就退出循环关闭客户端
                if (scannerIn.equals("q")) {
                    System.out.println("客户端关闭");
                    return;
                }
                
                // 打印从流中读取的服务端返回数据
                System.out.println("返回的数据：" + bufr.readLine());
            }
            
        } catch (UnknownHostException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

// 服务端线程
class ServerSide implements Runnable {
    public void run() {
        ServerSocket ss = null;
        Socket s;
        
        try {
            // 初始化服务器套接字，监听11111端口
            ss = new ServerSocket(11111);
            
            // 获取客户端发来的套接字
            s = ss.accept();
            
            // 获取连接的输入输出流对象
            BufferedReader bufr = new BufferedReader(new InputStreamReader(s.getInputStream()));
            BufferedWriter bufw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(s.getOutputStream()));
            
            String line;
            while ((line = bufr.readLine()) != null) {
                System.out.print("服务端接收数据：" + line + "  ");
                
                // 如果接收到q就关闭服务器
                if (line.equals("q")) {
                    System.out.println("服务器关闭");
                    return;
                }
                
                // 反转字符串
                StringBuilder sb = new StringBuilder(line);
                sb.reverse();
                String str1 = new String(sb);
                
                // 将反转的字符串写入服务端的输出流中返回给客户端
                bufw.write(str1);
                bufw.newLine();
                bufw.flush();
                
                System.out.println("已返回");
            }
            
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

四、UDP网络传输

核心概念

UDP传输只需一个类：DatagramSocket

没有开启流对象
只是把数据封装成DatagramPacket对象进行发送或接收

DatagramSocket类

表示可接收可发送数据包的套接字（UDP套接字）。

构造方法：

DatagramSocket()                                    // 绑定到任何可用端口
DatagramSocket(int port)                           // 绑定到指定端口
DatagramSocket(SocketAddress bindaddr)             // 绑定到指定地址
DatagramSocket(int port, InetAddress laddr)        // 绑定到指定端口和地址

常用方法：

方法	返回类型	描述
bind(SocketAddress addr)	void	将DatagramSocket绑定到特定地址和端口
send(DatagramPacket p)	void	从此套接字发送数据包
receive(DatagramPacket p)	void	从此套接字接收数据包（阻塞式方法）
close()	void	关闭套接字
getPort()	int	返回此套接字的端口
isBound()	boolean	返回套接字的绑定状态

DatagramPacket类

表示数据报包（UDP在网络层中的传输单元）。

重要说明：

构造时必须设置数据缓冲区buf

发送时将buf封装到包中

接收时将包中的数据存入buf中

有地址参数的构造方法用于发送数据

构造方法：

// 用于接收数据
DatagramPacket(byte[] buf, int length)

// 用于发送数据
DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress address, int port)

常用方法：

方法	返回类型	描述
getAddress()	InetAddress	返回数据报的目标/源IP地址
getData()	byte[]	返回数据缓冲区
getLength()	int	返回数据长度
getPort()	int	返回端口号
getSocketAddress()	SocketAddress	获取套接字地址
setData(byte[] buf)	void	设置数据缓冲区
setAddress(InetAddress iaddr)	void	设置地址
setPort(int iport)	void	设置端口

UDP传输示例

UDP发送端：

import java.net.*;

class UdpSend {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 1. 建立DatagramSocket服务
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
        
        // 2. 提供数据并封装到DatagramPacket
        byte[] buf = "abcdefg".getBytes();
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buf, buf.length,
                InetAddress.getByName("192.168.1.5"), 10000);
        
        // 3. 通过DatagramSocket发送数据包
        ds.send(dp);
        
        // 4. 关闭资源
        ds.close();
    }
}

UDP接收端：

class UdpReceive {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 1. 定义DatagramSocket服务，绑定监听端口10000
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(10000);
        
        // 2. 定义数据缓冲区
        byte[] buf = new byte[1024];
        
        // 3. 定义DatagramPacket接收数据
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buf, buf.length);
        
        // 4. 接收数据包
        ds.receive(dp);
        
        // 5. 提取数据
        String data = new String(dp.getData(), 0, dp.getLength());
        System.out.println(data);
        
        // 6. 关闭资源
        ds.close();
    }
}

UDP应用场景

UDP具有TCP无法比拟的速度优势：

优势：不属于连接性协议，消耗资源小，处理速度快
适用场景：
- 音频视频传输
- 网络直播
- 视频聊天
- 在线游戏
- DNS查询
特点：即使丢失少量数据包，也不会对接收结果产生太大影响

五、常见异常处理

网络编程常见异常类型：

异常类型	描述	常见原因
java.net.UnknownHostException	未知主机异常	主机名无法解析、DNS配置问题
java.net.SocketException	套接字异常	网络连接问题、端口被占用
java.io.IOException	IO异常	输入输出流操作失败
java.net.BindException	绑定端口异常	端口已被占用、权限不足

异常处理最佳实践：

try {
    // 网络操作代码
    Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8080);
    // 其他操作...
} catch (UnknownHostException e) {
    System.err.println("无法解析主机: " + e.getMessage());
} catch (IOException e) {
    System.err.println("网络IO异常: " + e.getMessage());
} catch (Exception e) {
    System.err.println("其他异常: " + e.getMessage());
} finally {
    // 确保资源被正确关闭
    if (socket != null) {
        try {
            socket.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

总结

TCP vs UDP对比

特性	TCP	UDP
连接性	面向连接	无连接
可靠性	可靠传输	不保证可靠
速度	相对较慢	快速
开销	较大（20字节头部）	较小（8字节头部）
应用场景	文件传输、网页浏览、邮件	视频直播、在线游戏、DNS
数据格式	字节流	数据报

Java网络编程要点

TCP编程：使用Socket和ServerSocket，需要处理流操作
UDP编程：使用DatagramSocket和DatagramPacket，操作数据包
异常处理：网络编程必须妥善处理各种网络异常
资源管理：及时关闭Socket连接和流对象，避免资源泄露
线程安全：多客户端场景下需要考虑线程安全问题

通过理解TCP和UDP的特性差异，选择合适的协议来满足不同的应用需求，是网络编程的关键。

【Java】网络编程：TCP与UDP协议详解

目录

一、TCP/UDP协议概述

协议定义

TCP协议特点

UDP协议特点

二、Java网络编程基础类

InetAddress类

主要方法：

InetSocketAddress类

三、TCP网络传输

TCP传输完整示例

四、UDP网络传输

核心概念

DatagramSocket类

DatagramPacket类

UDP传输示例

UDP应用场景

五、常见异常处理

总结

TCP vs UDP对比

Java网络编程要点