Java Socket编程从零到实战详解

摩西摩西~最近接单子用到了Java的socket编程，顺手给整理下来咯！

各个语言的socket编程除了语法之外几乎思路都是一样的。

所以这些思路都是可以直接移植到其他语言实现的！

话不多说上车！

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一、Socket基础概念与工作流程（图解）

（先理解“打电话”模型，再写代码）

1. Socket通信核心模型

 

• 关键角色：
  • 客户端：主动发起连接（类似拨打电话）
  • 服务端：监听端口，等待连接（类似待机电话）
  • Socket对象：连接建立后的数据传输通道（通话线路）

2. 核心流程分解

1. 服务端：创建ServerSocket → 绑定端口 → 阻塞等待连接（accept()）
2. 客户端：创建Socket → 指定服务端IP和端口 → 发起连接
3. 双向通信：通过输入流（InputStream）和输出流（OutputStream）收发数据
4. 关闭连接：调用close()释放资源

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二、服务端与客户端基础代码分步解析

（每行代码加注释，新手必看）

1. 服务端基础代码（单线程版）

// 步骤1：创建ServerSocket，绑定端口8080
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080);
System.out.println("服务端启动，等待连接...");

// 步骤2：等待客户端连接（阻塞方法，直到有客户端连接）
Socket clientSocket = serverSocket.accept(); 
System.out.println("客户端接入：" + clientSocket.getRemoteSocketAddress());

// 步骤3：获取输入流（接收客户端数据）
InputStream input = clientSocket.getInputStream();
byte[] buffer = new byte[1024];
int len = input.read(buffer);  // 读取数据到buffer数组
String receivedData = new String(buffer, 0, len);
System.out.println("收到消息：" + receivedData);

// 步骤4：发送响应数据
OutputStream output = clientSocket.getOutputStream();
output.write("已收到！".getBytes());

// 步骤5：关闭连接（实际开发中需在finally块处理）
clientSocket.close();
serverSocket.close();

2. 客户端基础代码

// 步骤1：连接服务端（IP+端口）
Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8080);
System.out.println("连接服务端成功！");

// 步骤2：发送数据
OutputStream output = socket.getOutputStream();
output.write("你好，服务端！".getBytes());

// 步骤3：接收响应
InputStream input = socket.getInputStream();
byte[] buffer = new byte[1024];
int len = input.read(buffer);
String response = new String(buffer, 0, len);
System.out.println("服务端响应：" + response);

// 步骤4：关闭连接
socket.close();

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三、超时设置详解（解决卡死问题）

（必学技能，避免程序无限等待）

1. 连接超时（防止无法连接时卡死）

Socket socket = new Socket();
// 设置连接超时为5秒（单位：毫秒）
socket.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8080), 5000);  // 

• 触发场景：服务端未启动或网络不通
• 异常处理：捕获SocketTimeoutException提示用户检查网络

2. 读取超时（防止数据未到达时阻塞）

socket.setSoTimeout(3000);  // 设置读取超时3秒 

• 作用范围：InputStream.read()操作
• 异常处理：超时后抛出SocketTimeoutException，可重试或终止

3. 完整超时处理示例

try (Socket socket = new Socket()) {
    // 连接超时5秒
    socket.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8080), 5000);
    
    // 读取超时3秒
    socket.setSoTimeout(3000);
    
    InputStream input = socket.getInputStream();
    // 读取数据...
} catch (SocketTimeoutException e) {
    System.err.println("操作超时：" + e.getMessage());
} catch (IOException e) {
    System.err.println("连接失败：" + e.getMessage());
}

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四、心跳机制实现（维持长连接）

（防止长时间无数据导致连接断开）

1. 心跳包原理

• 作用：定时发送空数据包，告知对方连接存活
• 实现方式：客户端定时任务 + 服务端超时检测

2. 客户端心跳代码

Timer timer = new Timer();
timer.schedule(new TimerTask() {
    @Override
    public void run() {
        try {
            OutputStream out = socket.getOutputStream();
            out.write(0);  // 发送心跳包（内容可为任意约定标识）
            out.flush();
            System.out.println("心跳发送成功");
        } catch (IOException e) {
            System.err.println("心跳发送失败，连接已断开");
            timer.cancel();  // 停止定时任务
        }
    }
}, 0, 30000);  // 立即启动，每30秒执行一次 

3. 服务端检测心跳

socket.setSoTimeout(45000);  // 超时时间略大于心跳间隔
try {
    InputStream in = socket.getInputStream();
    while (true) {
        int data = in.read();  // 阻塞等待数据
        if (data == 0) {
            System.out.println("收到心跳包");
        }
    }
} catch (SocketTimeoutException e) {
    System.err.println("心跳超时，连接断开");
    socket.close();
}

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五、完整实战案例：带超时与心跳的Echo服务

服务端代码（多线程版）

public class EchoServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ExecutorService pool = Executors.newCachedThreadPool();  // 线程池处理并发
        try (ServerSocket server = new ServerSocket(8080)) {
            System.out.println("服务端启动，端口8080");
            while (true) {
                Socket client = server.accept();
                client.setSoTimeout(45000);  // 设置读取超时45秒 
                pool.submit(() -> handleClient(client));
            }
        }
    }

    private static void handleClient(Socket client) {
        try (BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(client.getInputStream()));
             PrintWriter out = new PrintWriter(client.getOutputStream(), true)) {
            
            String input;
            while ((input = in.readLine()) != null) {
                if ("HEARTBEAT".equals(input)) {  // 识别心跳包
                    System.out.println("收到心跳包");
                    continue;
                }
                out.println("Echo: " + input);  // 回显消息
            }
        } catch (SocketTimeoutException e) {
            System.err.println("客户端超时未响应，连接关闭");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try { client.close(); } catch (IOException e) {}
        }
    }
}

客户端代码（带心跳与超时）

public class EchoClient {
    public static void main(String[] args) {
        try (Socket socket = new Socket()) {
            // 连接超时5秒
            socket.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8080), 5000);
            // 读取超时3秒
            socket.setSoTimeout(3000);

            // 启动心跳线程（每30秒一次）
            startHeartbeat(socket.getOutputStream());

            Scanner scanner = new Scanner(System.in);
            PrintWriter out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);
            BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));

            while (true) {
                System.out.print("输入消息：");
                String msg = scanner.nextLine();
                out.println(msg);  // 发送消息
                System.out.println("服务端响应：" + in.readLine());
            }
        } catch (SocketTimeoutException e) {
            System.err.println("操作超时：" + e.getMessage());
        } catch (IOException e) {
            System.err.println("连接异常：" + e.getMessage());
        }
    }

    private static void startHeartbeat(OutputStream out) {
        Timer timer = new Timer();
        timer.schedule(new TimerTask() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    out.write("HEARTBEAT\n".getBytes());  // 发送心跳标识
                    out.flush();
                } catch (IOException e) {
                    timer.cancel();
                }
            }
        }, 0, 30000);
    }
}

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六、常见问题与解决方案速查表

问题现象	可能原因	解决方案
Connection refused	服务端未启动或端口错误	检查服务端代码是否运行，确认端口一致
Read timed out	网络延迟或服务端未及时响应	增加超时时间或优化服务端代码
Broken pipe	连接已关闭仍尝试写数据	发送前检查socket.isClosed()，捕获异常后重连
内存泄漏	未关闭Socket或流	使用try-with-resources自动关闭资源

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七、Java Socket核心方法速查表

方法名	所属类	功能描述	参数说明	返回值	常见异常	使用示例
ServerSocket(int port)	ServerSocket	创建服务端Socket并绑定指定端口	port：监听的端口号（0-65535）	无	BindException（端口被占用）	new ServerSocket(8080);
accept()	ServerSocket	阻塞等待客户端连接，返回通信用的Socket对象	无	Socket（客户端连接对象）	IOException	Socket client = serverSocket.accept();
close()	ServerSocket	关闭服务端Socket，释放端口资源	无	无	IOException	serverSocket.close();
Socket(String host, int port)	Socket	客户端主动连接服务端（构造函数隐式调用connect()）	host：服务端IP；port：服务端端口	无	UnknownHostException, IOException	Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8080);
connect(SocketAddress addr, int timeout)	Socket	显式连接服务端，可设置超时时间	addr：服务端地址；timeout：超时毫秒	无	SocketTimeoutException	socket.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8080), 5000);
getInputStream()	Socket	获取输入流，用于接收数据	无	InputStream	IOException	InputStream in = socket.getInputStream();
getOutputStream()	Socket	获取输出流，用于发送数据	无	OutputStream	IOException	OutputStream out = socket.getOutputStream();
setSoTimeout(int timeout)	Socket	设置读取超时时间（单位：毫秒），超时后抛出SocketTimeoutException	timeout：超时时间（0表示无限等待）	无	SocketException	socket.setSoTimeout(3000);
setKeepAlive(boolean on)	Socket	启用/禁用TCP保活机制（默认关闭），自动检测连接是否存活	on：true启用，false禁用	无	SocketException	socket.setKeepAlive(true);
shutdownOutput()	Socket	关闭输出流（发送FIN包），通知对方数据发送完毕，但不关闭Socket	无	无	IOException	socket.shutdownOutput();
close()	Socket	关闭Socket连接，释放资源	无	无	IOException	socket.close();
readInt()	DataInputStream	从输入流读取4字节的int值（常用于解析长度头）	无	int	EOFException, IOException	int length = new DataInputStream(in).readInt();
writeInt(int v)	DataOutputStream	向输出流写入4字节的int值（常用于发送长度头）	v：要写入的整数值	无	IOException	new DataOutputStream(out).writeInt(1024);