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JavaSE系列-11 网络编程、JDBC编程、函数式编程

介绍了Java网络编程中的Socket,对比TCP与UDP特点:TCP可靠如打电话,UDP高效如写信。TCP编程包括客户端连接、服务器监听、读写数据及多线程处理多客户端。UDP编程使用DatagramSocket,无需连接,直接收发数据,适用于实时性高、可容忍丢包场景。

网络编程、JDBC编程、函数式编程

在Ja va的技术栈里,网络编程、JDBC和函数式编程这三块,基本上算是绕不开的硬骨头。尤其是网络编程,从最底层的Socket到Email收发,每一步都藏着不少细节。今天咱们就先把网络编程这部分彻底说透。

网络编程

Socket

说起Socket,就不得不提两个老朋友:TCP和UDP。它们俩的区别,用一句话就能说清:TCP像打电话,连接建立好了才聊,确保每句话你都能听到;UDP像写信,扔出去就不管了,能不能收到全看缘分。

TCP追求的是可靠,UDP追求的是效率。怎么选?看场景。

TCP编程

TCP的编程套路其实相当固定,核心步骤就这几步:

  1. 客户端用 Socket(InetAddress, port) 打开连接。
  2. 服务器端用 ServerSocket 监听端口。
  3. 服务器端调用 accept() 接收请求,返回一个 Socket
  4. 双方通过 getInputStream() / getOutputStream() 读写数据。
  5. 别忘了 flush(),它负责把缓冲区里的数据“推”出去。

来看个最简单的例子。服务器监听9090端口,客户端发个“time”命令,服务器就把当前时间返回去。

服务器端代码:

public class TCPServer {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ServerSocket socketSocket = new ServerSocket(9090);
        System.out.println("TCP server ready...");
        Socket socket = socketSocket.accept();
        try (BufferedReader reader = new BufferedReader(
                new InputStreamReader(socket.getInputStream(), StandardCharsets.UTF_8))) {
            try (BufferedWriter writer = new BufferedWriter(
                    new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream(), StandardCharsets.UTF_8))) {
                String cmd = reader.readLine();
                if ("time".equals(cmd)) {
                    writer.write(LocalDateTime.now().toString() + "\n");
                    writer.flush();
                } else {
                    writer.write("Sorry?\n");
                    writer.flush();
                }
            }
        }
        socket.close();
        socketSocket.close();
    }
}

客户端代码:

public class TCPClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        InetAddress address = InetAddress.getLoopbackAddress();
        try (Socket socket = new Socket(address, 9090)) {
            try (BufferedReader reader = new BufferedReader(
                    new InputStreamReader(socket.getInputStream(), StandardCharsets.UTF_8))) {
                try (BufferedWriter writer = new BufferedWriter(
                        new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream(), StandardCharsets.UTF_8))) {
                    writer.write("time\n");
                    writer.flush();
                    String response = reader.readLine();
                    System.out.println("Response: " + response);
                }
            }
        }
    }
}

这里有个细节值得注意:ServerSocket 的构造函数可以指定绑定的IP地址。你看下面这几种写法,分别对应不同的访问范围:

// 所有IP都可以访问
new ServerSocket(12345);

// 仅本机(127.0.0.1)可以访问
new ServerSocket(12345, 50, InetAddress.getLoopbackAddress());

// 仅公网IP可以访问
new ServerSocket(12345, 50, InetAddress.getByAddress(new byte[]{101, 77, 99, 88}));

// 仅内网IP可以访问
new ServerSocket(12345, 50, InetAddress.getByAddress(new byte[]{10, 1, 0, 100}));

TCP多线程是生产环境中必须掌握的套路。单线程的服务器一次只能处理一个客户端,这显然不现实。正确的做法是:每次 accept() 返回后,把客户端请求交给一个新线程去处理。这样主线程可以继续等待下一个连接。

看一个改造后的多线程服务器端:

public class TCPServer {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        @SuppressWarnings("resource")
        ServerSocket socketSocket = new ServerSocket(9090);
        System.out.println("TCP server ready...");
        for (;;) {
            Socket socket = socketSocket.accept();
            System.out.println("Accept from " + socket.getRemoteSocketAddress());
            TimeHandler handler = new TimeHandler(socket);
            handler.start();
        }
    }
}

class TimeHandler extends Thread {
    Socket socket;
    public TimeHandler(Socket socket) {
        this.socket = socket;
    }
    @Override
    public void run() {
        try (BufferedReader reader = new BufferedReader(
                new InputStreamReader(socket.getInputStream(), StandardCharsets.UTF_8))) {
            try (BufferedWriter writer = new BufferedWriter(
                    new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream(), StandardCharsets.UTF_8))) {
                for (;;) {
                    String cmd = reader.readLine();
                    if ("q".equals(cmd)) {
                        writer.write("bye!\n");
                        writer.flush();
                    } else if ("time".equals(cmd)) {
                        writer.write(LocalDateTime.now().toString() + "\n");
                        writer.flush();
                    } else {
                        writer.write("Sorry?\n");
                        writer.flush();
                    }
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                this.socket.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

客户端这边,可以连续发多个命令:

public class TCPClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {
        InetAddress address = InetAddress.getByName("localhost");
        try (Socket socket = new Socket(address, 9090)) {
            try (BufferedReader reader = new BufferedReader(
                    new InputStreamReader(socket.getInputStream(), StandardCharsets.UTF_8))) {
                try (BufferedWriter writer = new BufferedWriter(
                        new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream(), StandardCharsets.UTF_8))) {
                    writer.write("time\n");
                    writer.flush();
                    String response = reader.readLine();
                    System.out.println("Response: " + response);
                    Thread.sleep(1000);
                    writer.write("q\n");
                    writer.flush();
                    response = reader.readLine();
                    System.out.println("Response: " + response);
                }
            }
        }
    }
}

多线程模型虽然简单,但每次连接都创建一个线程,在高并发场景下性能会急剧下降。所以通常我们会用线程池来管理线程,避免无限制的资源消耗。后面练习里你可以试试把这里改成线程池实现。

UDP编程

UDP和TCP的编程方式差异很大,核心区别就几条:

  • UDP不需要建立连接,直接发数据。
  • 它不保证可靠传输,丢了就丢了。
  • 客户端用 DatagramSocket.connect() 指定远程地址和端口。
  • 服务器端用 DatagramSocket(port) 监听端口。
  • 双方通过 receive() / send() 读写数据,没有IO流那一套。

来看服务器端代码,监听9090端口,收到什么就返回什么:

public class UDPServer {
    public LocalDateTime currentTime() {
        return LocalDateTime.now();
    }
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        @SuppressWarnings("resource")
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(9090);
        System.out.println("UDP server ready...");
        for (;;) {
            byte[] buffer = new byte[1024];
            DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);
            ds.receive(packet);
            byte[] data = packet.getData();
            String s = new String(data, StandardCharsets.UTF_8);
            System.out.println("Packet received from: " + packet.getSocketAddress() + " " + s);
            String response = LocalDateTime.now().toString();
            packet.setData(response.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
            ds.send(packet);
        }
    }
}

客户端:

public class UDPClient {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        InetAddress address = InetAddress.getLoopbackAddress();
        try (DatagramSocket socket = new DatagramSocket()) {
            socket.connect(address, 9090);
            byte[] data = "time".getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
            DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, data.length);
            socket.send(packet);
            System.out.println("Data was sent.");
            Thread.sleep(1000);
            byte[] buffer = new byte[1024];
            DatagramPacket response = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);
            socket.receive(response);
            byte[] responseData = response.getData();
            String responseText = new String(responseData, 0, response.getLength(), StandardCharsets.UTF_8);
            System.out.println("Response: " + responseText);
        }
    }
}

UDP虽然简单,但用在实时性要求高、可以容忍丢包的场景下(比如视频通话、在线游戏)非常合适。

Email

Email发送示意图

发送Email

发送Email依赖的是SMTP协议(Simple Mail Transport Protocol)。标准端口是25,加密端口用465(SSL)或587(TLS)。在Ja va里发邮件,核心是Ja vaMail API。流程分三步:

  1. 确定SMTP服务器信息:域名、端口、加密方式(明文/SSL/TLS)。
  2. 创建Session和Message,设置发件人、收件人、标题、正文。
  3. 调用 Transport.send(message) 发送。

调试时建议开启debug模式,能看到SMTP通信的详细内容,排查问题非常方便。

先看一个通用的发送类骨架:

// 1. 创建Session:
Session session = Session.getInstance(props, new Authenticator(){ ... });
// 2. 创建Message对象:
MimeMessage message = new MimeMessage(session);
message.setFrom(new InternetAddress("from@email.com"));
message.setRecipient(Message.RecipientType.TO, new InternetAddress("to@email.com"));
message.setSubject("RE:how to use Ja vaMail", "UTF-8");
message.setText("blablabla...", "UTF-8");
// 3. 发送邮件:
Transport.send(message);

记得在pom.xml里加上依赖:


    ja vax.mail
    mail
    1.4
发送文本邮件

下面是一个完整的文本邮件发送示例,使用SSL加密连接到邮箱服务器

/**
 * 发送文本邮件
 */
public class SendMail {
    /** 邮件服务器域名 */
    final String smtpHost;
    /** 邮件服务器登陆名 */
    final String username;
    /** 邮件服务器登陆密码 */
    final String password;
    final boolean debug;

    public SendMail(String smtpHost, String username, String password){
        this.smtpHost = smtpHost;
        this.username = username;
        this.password = password;
        this.debug = true;
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        SendMail sender = new SendMail("smtp.sina.com", 
                "ja vacourse001@sina.com", "ja va-12345678");
        Session session = sender.createSSLSession();
        Message message = createTextMessage(session, 
                "ja vacourse001@sina.com", "ja vacourse001@163.com", 
                "Ja va邮件测试", "Hello, 这是一封ja vamail测试邮件!");
        Transport.send(message);
    }

    Session createSSLSession() {
        Properties props = new Properties();
        props.put("mail.smtp.host", this.smtpHost);
        props.put("mail.smtp.port", "465");
        props.put("mail.smtp.auth", "true");
        props.put("mail.smtp.socketFactory.class", 
                "ja vax.net.ssl.SSLSocketFactory");
        props.put("mail.smtp.socketFactory.port", "465");
        Session session = Session.getInstance(props, new Authenticator() {
            protected PasswordAuthentication getPasswordAuthentication() {
                return new PasswordAuthentication(
                        SendMail.this.username, 
                        SendMail.this.password);
            }
        });
        session.setDebug(this.debug);
        return session;
    }

    // 此外还有TLS和明文会话的创建方式,这里先注释掉,需要时可以直接启用

}

从上面的代码可以看出,createSSLSession() 方法负责配置SSL加密连接,而 createTextMessage()(代码中未完全给出,但核心就是设置发件人、收件人、主题和正文)则组装邮件内容。体验一下debug模式下的输出,你会看到SMTP协议是如何一步步跟服务器握手的。

说句实在话,Ja vaMail的API虽然历史悠久,但设计得相当成熟稳定,只要按照这个模板来写,基本不会出大问题。不过要注意:现在很多邮箱服务商(比如QQ、163)都需要开启“授权码”才能使用第三方客户端登录,直接拿密码登录会报错,遇到这种情况去邮箱设置里找一下就好。

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