Java 網路程式設計核心全景：InetAddress、URL/URLConnection、Socket、Datagram 深度解析

Java 網路功能三大支柱

java.net 套件提供的網路能力可分為三層抽象：

1. URL/URLConnection：最高層，面向資源定位與存取，支援 HTTP、FTP、JAR 等協議，適合 REST API 呼叫、檔案下載。
2. Socket (TCP)：傳統網路程式主流，提供可靠、有序、雙向位元組流，適用於客戶/伺服器長連線、即時通訊、資料庫驅動。
3. Datagram (UDP)：最底層，無連線、不可靠、訊息導向，適合廣播、多播、即時影音、DNS 查詢、遊戲狀態同步。

InetAddress：IP 位址封裝與解析

核心靜態工廠方法

// 取得本機 InetAddress
InetAddress local = InetAddress.getLocalHost();

// 由主機名/域名解析（單個）
InetAddress byName = InetAddress.getByName("www.example.com");

// 由主機名解析所有位址（負載均衡、CDN 多 IP）
InetAddress[] all = InetAddress.getAllByName("www.google.com");

實用實例方法

• getHostName()：取得主機名（反向 DNS 解析）。
• getAddress()：取得位元組陣列形式 IP（IPv4 4 位元組，IPv6 16 位元組）。
• isLoopbackAddress()、isLinkLocalAddress()、isSiteLocalAddress()：位址類型判斷。

IP 版本與類別判斷範例

InetAddress addr = InetAddress.getLocalHost();
byte[] ipBytes = addr.getAddress();
if (ipBytes.length == 4) {
    System.out.println("IPv4");
    int first = ipBytes[0] & 0xFF; // 無符號轉換
    if ((first & 0x80) == 0) System.out.println("Class A");
    else if ((first & 0xC0) == 0x80) System.out.println("Class B");
    else if ((first & 0xE0) == 0xC0) System.out.println("Class C");
    else if ((first & 0xF0) == 0xE0) System.out.println("Class D (Multicast)");
    else System.out.println("Class E (Reserved)");
} else if (ipBytes.length == 16) {
    System.out.println("IPv6");
}

URL 與 URLConnection：資源導向網路存取

URL 核心構成

URL url = new URL("https://user:pass@api.example.com:8443/v1/users?id=123#profile");
// 協議://用戶:密碼@主機:埠/路徑?查詢參數#錨點

URLConnection 關鍵操作

HttpURLConnection conn = (HttpURLConnection) url.openConnection();
conn.setRequestMethod("POST");
conn.setRequestProperty("Content-Type", "application/json");
conn.setDoOutput(true);
conn.setConnectTimeout(5000);
conn.setReadTimeout(10000);

try (OutputStream os = conn.getOutputStream()) {
    os.write(jsonBytes);
}

int status = conn.getResponseCode();
try (InputStream is = status < 400 ? conn.getInputStream() : conn.getErrorStream()) {
    String response = new String(is.readAllBytes(), StandardCharsets.UTF_8);
}

TCP Socket：可靠雙向位元組流

客戶端 Socket 基本流程

try (Socket socket = new Socket("host", 8080);
     OutputStream out = socket.getOutputStream();
     InputStream in = socket.getInputStream()) {
    
    out.write(requestBytes);
    out.flush();
    
    byte[] buffer = new byte[4096];
    int len = in.read(buffer);
    // 處理回應...
}

伺服端 ServerSocket 基本流程

try (ServerSocket server = new ServerSocket(8080)) {
    while (true) {
        Socket client = server.accept(); // 阻塞等待
        // 建議提交線程池處理，或使用 NIO
        executor.submit(() -> handleClient(client));
    }
}

Socket 進階選項

DatagramSocket：UDP 無連線傳輸

// 發送端
try (DatagramSocket socket = new DatagramSocket()) {
    byte[] data = "Hello UDP".getBytes();
    InetAddress target = InetAddress.getByName("255.255.255.255"); // 廣播
    DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, data.length, target, 9999);
    socket.send(packet);
}

// 接收端
try (DatagramSocket socket = new DatagramSocket(9999)) {
    byte[] buffer = new byte[1024];
    DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);
    socket.receive(packet); // 阻塞
    String msg = new String(packet.getData(), 0, packet.getLength());
    InetAddress sender = packet.getAddress();
}

總結與選型指南

掌握 Java 網路三大支柱的特性與適用邊界，是構建健壯分散式系統的基石。