Java socket 封裝了傳輸層的實現細節，開發人員可以基於 socket 實現應用層。本文介紹了 Java socket 簡單用法。
1. 傳輸層協議
傳輸層包含了兩種協議，分別是 TCP (Transmission Control Protocol，傳輸控制協議) 和 UDP (User Datagram Protocol，用戶數據報協議)。
TCP 是一種面向連接，可靠的流協議。通信雙方在“發送-接收”數據之前需要先建立 TCP 連接，然后通過互相發送二進制數據流來進行通信。所謂連接，指的是各種設備、線路，或網絡中進行通信的應用程序為了相互傳遞消息而建立的專有、虛擬的通信線路。連接一旦建立，進行通信的應用程序只使用該虛擬的通信線路發送和接收數據。TCP 還需要處理端到端之間的流量控制。
UDP 是一種無連接的，不可靠的數據報協議。發送方不需要與接收方建立連接，通信雙方通過發送一個個獨立的數據報來進行通訊。
TCP 通過序列號、確認應答、數據校驗等機制確保了傳輸的可靠性，適用於需要可靠數據傳輸的場景，應用層協議 HTTP，FTP 基於 TCP。UDP 沒有復雜的控制機制，不糾錯，不重發，不保證數據的准確性，不確保數據到達目的地；不過 UDP 傳送等量數據花費更小的流量，適用於對時延要求高但對准確性要求不高的場景，如視頻、音頻通訊。
Java 中有 3 種套接字類，java.net.Socket 和 java.net.ServerSocket 基於 TCP，java.net.DatagramSocket 基於 UDP。
2. TCP 示例
TCP 是面向連接的，所以在進行通訊之前發送端（客戶端）需要先連接到接收端（服務端）。客戶端通過 new Socket("localhost", 9090) 來創建一個連接到服務端的套接字，這個套接字連接到主機 localhost 的 9090 端口。
ServerSocket 實現服務端套接字，通過 new ServerSocket(9090) 來創建一個監聽端口為 9090 實例；ServerSocket.accept() 方法會阻塞等待客戶端的連接，一旦有連接過來，會返回一個服務端的 Socket 實例。連接建立完成，客戶端 Socket 實例和服務端 Socket 實例就可以面向輸入輸出流發送數據了。
2.1 示例效果
客戶端程序接收控制台輸入的內容，客戶端控制台每輸入一行，就往服務端發送，服務端接收到消息之后，將消息打印到控制台。
客戶端輸入 "Bye" 時，客戶端斷開與服務端的連接，客戶端程序退出，服務端程序繼續等待連接。
客戶端控制台輸入輸出：
$ java Server.java
Bind Port 9090
New client connected.
Received Message --> Are you OK!
服務端控制台輸出：
$ java Client.java
Are you OK!
Send Msg --> Are you OK!
Bye
$
2.2 服務端程序代碼
import java.net.*;
import java.io.*;
class Server {
public static void main(String[] args) {
// ServerSocket 實現了 AutoCloseable 接口，所以支持 try-with-resource 語句
// 創建一個 ServerSocket，監聽 9090 端口
try(ServerSocket serv = new ServerSocket(9090)){
System.out.printf("Bind Port %d\n", serv.getLocalPort());
Socket socket = null;
while(true){
// 接收連接，如果沒有連接，accept() 方法會阻塞
socket = serv.accept();
// 獲取輸入流，並使用 BufferedInputStream 和 InputStreamReader 裝飾，方便以字符流的形式處理，方便一行行讀取內容
try(BufferedReader in = new BufferedReader( new InputStreamReader(socket.getInputStream()) )){
String msg = null;
char[] cbuf = new char[1024];
int len = 0;
while( (len = in.read(cbuf, 0, 1024)) != -1 ){ // 循環讀取輸入流中的內容
msg = new String(cbuf, 0, len);
if("Bye".equals(msg)) { // 如果檢測到 "Bye" ，則跳出循環，不再讀取輸入流中內容。
break;
}
System.out.printf("Received Message --> %s \n", msg);
}
}catch (IOException e){
e.printStackTrace();
}
}
}catch (IOException e){
e.printStackTrace();
}
}
}
2.3 客戶端程序代碼
import java.net.*;
import java.io.*;
import java.util.*;
class Client{
public static void main(String[] args){
try(Socket socket = new Socket("localhost", 9090)){
BufferedWriter out = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream()));
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
scanner.useDelimiter("\r\n");
String msg = null;
while( !(msg = scanner.next()).equals("Bye") ){
System.out.printf("Send Msg --> %s \n", msg);
out.write(msg);
out.flush(); // 立即發送，否則需要積累到一定大小才一次性發送
}
}catch (IOException e){
e.printStackTrace();
}
}
}
3. UDP 示例
UDP 不需要連接，客戶端與服務端通過發送數據報來完成通信。Java 中使用 java.net.DatagramSocket 來表示 UDP 客戶端或服務端的套接字，使用 java.net.DatagramPacket 來表示 UDP 的數據報。客戶端和服務端可以直接向對方發送數據報，不需要進行連接。
下面代碼基於 UDP 實現了與上面程序同樣的功能。不過消息可能會出錯，某些消息可能也不能到達服務端。
3.1 服務端程序代碼
import java.net.*;
import java.io.*;
class Server {
public static void main(String[] args){
// 創建一個 DatagramPacket 實例，用來接收客戶端發送過來的 UDP 數據報，這個實例可以重復利用。
byte[] buf = new byte[8192]; // 緩存區
int len = buf.length; // 要利用的緩存區的大小
DatagramPacket pac = new DatagramPacket(buf, len);
// 創建服務端的套接字，需要指定綁定的端口號
try(DatagramSocket serv = new DatagramSocket(9191)){
while(true){
serv.receive(pac); // 接收數據報。如果沒有數據報發送過來，會阻塞
System.out.println("Message --> " + new String(pac.getData(), 0, pac.getLength()));
}
}catch (IOException e){
e.printStackTrace();
}
}
}
3.2 客戶端程序代碼
import java.io.*;
import java.net.*;
import java.util.*;
class Client {
public static void main(String[] args){
// 創建一個客戶端的 UDP 套接字，不需要指定任何信息
try(DatagramSocket client = new DatagramSocket()){
// 創建一個數據報實例，數據和長度在發送之前都會重新設置，所以這里直接置為 0 即可。
// 由於是發送端，所以需要設置服務端的地址和端口
DatagramPacket pac = new DatagramPacket(new byte[0], 0, InetAddress.getByName("localhost"), 9191);
// 掃描控制台輸入
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
scanner.useDelimiter("\r\n");
String msg = null;
while( !(msg = scanner.next()).equals("Bye") ){
// 設置要發送的數據
pac.setData(msg.getBytes());
// 發送數據報
client.send(pac);
System.out.println("Sent Message --> " + msg);
}
}catch (IOException e){
e.printStackTrace();
}
}
}
需要注意的是，UDP 是面向無連接的，但 DatagramSocket 的 API 中提供了帶有 connect 字樣的方法，這里的 connect 並非 TCP 中連接的意思。而是指定了當前的 UDP 套接字只能夠向指定的主機和端口發送數據報。