Java Socket 程式設計完整入門：客戶端/伺服端實作與通訊流程解析

Java 網路程式設計兩大支柱

• URL 類別： 存取 Internet 資源（HTTP、FTP 等）
• Socket 類別： Client/Server 模式、自訂協議，基於 TCP/IP 傳輸層介面

Socket 為雙向位元組串流端點，擁有 IP 位址與埠號。通訊雙方需自行約定資料格式化與解析規則，雖較繁瑣但靈活度最高、應用範圍最廣。

Client/Server 工作模式圖解

核心流程：Server 監聽埠口 → Client 發起連線 → 雙向串流資料交換 → 關閉連線。

Java 核心類別

• java.net.Socket：客戶端通訊端點
• java.net.ServerSocket：伺服端監聽端點

客戶端程式設計四步驟

1. 呼叫 new Socket(host, port) 建立連線（含三向交握）
2. 取得串流：getInputStream() / getOutputStream()
3. 依協議讀寫位元組串流，完成業務邏輯
4. 關閉串流與 Socket

客戶端完整範例

import java.io.*;
import java.net.*;

public class SocketCommunicationClient {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Socket clientSocket = new Socket("mice", 9000);
            OutputStream output = clientSocket.getOutputStream();
            DataInputStream input = new DataInputStream(clientSocket.getInputStream());

            int c;
            String response;
            while ((c = System.in.read()) != -1) {
                output.write((byte) c);
                if (c == '\n') { // 換行觸發發送
                    output.flush();
                    response = input.readLine(); // 阻塞等待回應
                    System.out.println("Communication: " + response);
                }
            }
            output.close(); input.close(); clientSocket.close();
        } catch (Exception e) {
            System.err.println("Exception: " + e);
        }
    }
}

程式從標準輸入讀取字元，累積至換行後發送至伺服器，阻塞等待回應並列印，循環至輸入結束。

伺服端程式設計六步驟

1. new ServerSocket(port) 建立監聽 Socket
2. accept() 阻塞等待客戶連線，回傳新 Socket 實例
3. 建立輸入/輸出串流
4. 依協議處理請求、回傳結果
5. 關閉客戶端串流與 Socket
6. 關閉 ServerSocket 結束服務

採用多執行緒可實現並發伺服器，持續監聽新連線。

伺服端完整範例

import java.net.*;
import java.io.*;

public class SocketCommunicationServer {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            boolean flag = true;
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9000);
            System.out.println("伺服器在埠 9000 監聽中...");

            while (flag) {
                Socket client = serverSocket.accept(); // 阻塞等待連線
                DataInputStream input = new DataInputStream(
                    new BufferedInputStream(client.getInputStream()));
                PrintStream output = new PrintStream(
                    new BufferedOutputStream(client.getOutputStream()));

                String inputLine;
                while ((inputLine = input.readLine()) != null) {
                    if (inputLine.equals("Stop")) { flag = false; break; }
                    output.println(inputLine); // 回應客戶端
                    output.flush();
                }
                output.close(); input.close(); client.close();
            }
            serverSocket.close();
        } catch (IOException e) { /* 處理異常 */ }
    }
}

伺服器接收訊息並原樣回應，收到 "Stop" 關閉服務。實務上可擴充為執行緒池處理高併發。

關鍵重點總結

• Socket 程式設計本質是位元組串流操作，應用層協議自行定義
• 串流關閉順序：先關串流，再關 Socket
• 伺服端 accept() 回傳的新 Socket 專屬於該連線，主 ServerSocket 繼續監聽
• 生產環境建議：連線池、非阻塞 I/O (NIO)、心跳檢測、優雅關閉