Java基础教程（163）网络编程之TCP编程：Java网络编程探秘：TCP三次握手的代码之旅

在万物互联的时代，TCP协议作为网络通信的中流砥柱，其重要性不言而喻。本文将带你深入Java TCP编程内核，掌握高效通信的奥秘。

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1 TCP协议核心机制

TCP（传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。它的三大核心特性保证了数据传输的可靠性：

1. 三次握手建立连接：通过SYN、SYN-ACK、ACK包确认双方通信能力
2. 丢包重传机制：通过序列号和确认应答保证数据完整送达
3. 流量控制与拥塞控制：通过滑动窗口和拥塞算法避免网络过载

2 Java TCP编程核心类

Java通过java.net包提供了完整的TCP编程API：

// 服务器端核心类
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080);

// 客户端核心类
Socket clientSocket = new Socket("127.0.0.1", 8080);

// 数据流处理
InputStream input = socket.getInputStream();
OutputStream output = socket.getOutputStream();

3 完整示例：Echo服务器与客户端

下面是一个完整的Echo服务器实现，演示了TCP通信的全流程：

// Echo服务器端
public class EchoServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        try (ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888)) {
            System.out.println("服务器启动，监听端口8888...");
            
            while (true) {
                Socket clientSocket = serverSocket.accept();
                new ClientHandler(clientSocket).start();
            }
        }
    }
    
    static class ClientHandler extends Thread {
        private final Socket clientSocket;
        
        public ClientHandler(Socket socket) {
            this.clientSocket = socket;
        }
        
        public void run() {
            try (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("收到消息: " + inputLine);
                    out.println("Echo: " + inputLine);
                }
            } catch (IOException e) {
                System.out.println("处理客户端请求时发生错误: " + e.getMessage());
            }
        }
    }
}

// 客户端示例
public class EchoClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        String hostName = "localhost";
        int portNumber = 8888;
        
        try (Socket echoSocket = new Socket(hostName, portNumber);
             PrintWriter out = new PrintWriter(
                 echoSocket.getOutputStream(), true);
             BufferedReader in = new BufferedReader(
                 new InputStreamReader(echoSocket.getInputStream()));
             BufferedReader stdIn = new BufferedReader(
                 new InputStreamReader(System.in))) {
            
            String userInput;
            while ((userInput = stdIn.readLine()) != null) {
                out.println(userInput);
                System.out.println("服务器返回: " + in.readLine());
            }
        } catch (UnknownHostException e) {
            System.err.println("未知主机: " + hostName);
        } catch (IOException e) {
            System.err.println("无法连接到: " + hostName);
        }
    }
}

4 性能优化与最佳实践

1. 使用线程池：避免为每个连接创建新线程
2. NIO与非阻塞IO：处理大量并发连接时使用Selector
3. 合理设置缓冲区大小：根据网络环境调整SO_RCVBUF和SO_SNDBUF
4. 超时设置：使用setSoTimeout()防止线程无限期阻塞
5. 异常处理：确保资源正确释放，避免连接泄漏

5 总结

Java TCP编程提供了强大而灵活的网络通信能力。通过深入理解TCP协议机制和Java API的实现细节，开发者可以构建出高性能、高可靠性的网络应用程序。本文展示的Echo示例虽简单，却包含了TCP编程的核心要素，是进一步学习网络编程的坚实基础。

掌握TCP编程不仅需要了解API的使用，更需要深入理解底层协议的工作原理，这样才能在实际开发中做出正确的设计决策和优化策略。