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！
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
- 服务端：创建
ServerSocket→ 绑定端口 → 阻塞等待连接（accept()） - 客户端：创建
Socket→ 指定服务端IP和端口 → 发起连接 - 双向通信：通过输入流（
InputStream）和输出流（OutputStream）收发数据 - 关闭连接：调用
close()释放资源
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();
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());
}
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() {@Overridepublic 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();
}
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() {@Overridepublic void run() {try {out.write("HEARTBEAT\n".getBytes()); // 发送心跳标识out.flush();} catch (IOException e) {timer.cancel();}}}, 0, 30000);}
}
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 |
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); |
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