本章节内容是给后续web框架做的铺垫  其中服务器创建接收了解即可 尝试用计算机网络学到的理论知识通过Java实现

Java 网络编程深度学习笔记（含通信协议、架构与实战）

核心结论

Java 网络编程的核心是实现不同设备间的跨网络数据交互，依赖 IP、端口、协议 三要素，主要支持 UDP（无连接、高效）和 TCP（面向连接、可靠）两种通信方式，适配 CS/BS 两种架构，广泛应用于即时通信、文件传输、网页访问等场景。

一、网络编程基础 —— 三要素与通信架构

1. 网络通信三要素（核心前提）

网络设备间要实现通信，必须明确 “定位设备、定位程序、遵循规则”，即三大核心要素：

（1）IP 地址 —— 设备的唯一标识

  • 定义：互联网协议地址（Internet Protocol Address），用于定位网络中的设备，确保数据发送到正确目标。

  • 分类

    ：

    • IPv4：32 位，点分十进制表示（如 192.168.1.66），地址池有限，目前仍广泛使用。

    • IPv6：128 位，冒分十六进制表示（如 2001:0db8:0000:0023:0008:0800:200c:417a），解决 IPv4 地址枯竭问题。

  • 关键概念

    ：

    • 公网 IP：可直接连接互联网的地址（如服务器 IP）。

    • 内网 IP：局域网内部使用的地址（如 192.168.x.x、10.x.x.x），无法直接被外网访问。

    • 本机 IP：127.0.0.1 或 localhost，指向当前设备，用于本地程序测试。

  • 常用命令

    ：

    • ipconfig：查看本机 IP 地址（Windows）。

    • ping + IP：测试网络连通性（如 ping 192.168.1.1）。

  • Java 核心类：InetAddress

    ：

    封装 IP 地址信息，核心方法：

    java

    运行

    InetAddress localIp = InetAddress.getLocalHost(); // 获取本机 IP
InetAddress baiduIp = InetAddress.getByName("www.baidu.com"); // 根据域名获取 IP
String hostName = localIp.getHostName(); // 获取主机名
String ipAddr = localIp.getHostAddress(); // 获取 IP 字符串
boolean reachable = localIp.isReachable(3000); // 测试 3 秒内是否连通

（2）端口 —— 程序的唯一标识

  • 定义：标记设备上运行的应用程序，是 16 位二进制数，范围 0~65535。

  • 分类

    ：

    • 周知端口（0~1023）：系统预留，如 HTTP 80、FTP 21、HTTPS 443。

    • 注册端口（1024~49151）：用户程序使用，如 Tomcat 8080、MySQL 3306。

    • 动态端口（49152~65535）：临时分配，程序结束后释放。

  • 核心规则：同一设备上，不同程序的端口不能重复，否则会抛出 “端口冲突” 异常。

（3）协议 —— 通信的规则约定

  • 定义：设备间连接和数据传输的规则集合，确保数据格式、传输方式一致。

  • 核心协议模型

    ：

    OSI 参考模型（7 层） TCP/IP 模型（4 层） 核心作用 典型协议
    应用层 应用层 提供用户交互接口（程序员开发重点） HTTP、FTP、SMTP
    表示层 / 会话层 应用层 数据格式转换、会话管理（TCP/IP 合并入应用层） -
    传输层 传输层 端到端数据传输（可靠 / 不可靠） TCP、UDP
    网络层 网络层 路由选择、IP 封装 IP
    数据链路层 / 物理层 网络接口层 物理介质传输（比特流） -

  • 传输层核心协议对比（UDP vs TCP）

    ：

    对比维度 UDP（用户数据报协议） TCP（传输控制协议）
    连接方式 无连接（无需建立连接，直接发送） 面向连接（三次握手建立连接）
    可靠性 不可靠（数据可能丢失、乱序，无确认机制） 可靠（数据确认、重传、排序，确保送达）
    数据限制 单次传输 ≤64KB 无大小限制（流式传输）
    通信效率 高（无连接开销，延迟低） 低（连接、确认开销，延迟高）
    适用场景 视频直播、语音通话、游戏（容忍数据丢失） 网页访问、文件下载、支付（需数据可靠）

2. 通信架构 ——CS 与 BS 架构

网络应用的两种核心部署架构，适配不同场景需求：

（1）CS 架构（Client-Server）

  • 结构：客户端（需开发安装）+ 服务端（需开发部署）。

  • 核心特点

    ：

    • 客户端：需程序员开发专属软件（如微信、网易云音乐），用户需下载安装。

    • 服务端：部署在服务器，提供数据服务，支持多客户端连接。

  • 优势：交互体验好、功能丰富（可访问本地资源）。

  • 劣势：客户端需更新维护，跨平台成本高。

  • 适用场景：即时通信、大型游戏、专业软件（如 Photoshop 云服务）。

（2）BS 架构（Browser-Server）

  • 结构：浏览器（无需开发）+ 服务端（需开发部署）。

  • 核心特点

    ：

    • 客户端：使用通用浏览器（Chrome、Edge），无需额外开发。

    • 服务端：需遵循 HTTP 协议，响应浏览器请求（返回网页数据）。

  • 优势：无需安装更新、跨平台（浏览器兼容）、开发维护成本低。

  • 劣势：交互体验受限（依赖浏览器功能）、对网络依赖性强。

  • 适用场景：网页应用（京东、百度）、后台管理系统、轻量工具（在线文档）。

（3）核心对比
对比维度 CS 架构 BS 架构
客户端开发 需定制开发（如 Java Swing、Android） 无需开发（复用浏览器）
用户操作 需下载安装、更新 直接通过 URL 访问，无更新成本
功能扩展性 强（可调用本地硬件、资源） 弱（受浏览器沙箱限制）
开发维护成本 高（客户端 + 服务端双端维护） 低（仅维护服务端）
适用场景 重交互、强功能应用 轻量、跨平台访问应用

二、UDP 通信 —— 无连接高效传输

1. 核心特点

  • 无连接：发送方无需与接收方建立连接，直接封装数据包发送。

  • 不可靠：不保证数据送达，无确认、重传机制，可能丢失、乱序。

  • 高效低延迟：无连接开销，适合实时传输（如直播、语音）。

  • 数据限制：单次传输数据 ≤64KB（数据包大小限制）。

2. 核心类与 API

Java 通过 java.net 包下的两个核心类实现 UDP 通信：

（1）DatagramSocket—— 通信端点

  • 作用：创建 UDP 通信的客户端 / 服务端，负责发送和接收数据包。

  • 核心构造器：

    • DatagramSocket()：创建客户端实例，系统随机分配端口。

    • DatagramSocket(int port)：创建服务端实例，绑定指定端口（必须唯一）。

  • 核心方法：

    • void send(DatagramPacket dp)：发送数据包。

    • void receive(DatagramPacket dp)：接收数据包（阻塞等待）。

    • void close()：关闭通信端点，释放资源。

（2）DatagramPacket—— 数据包

  • 作用：封装待发送 / 接收的数据、目标 IP、端口等信息。

  • 核心构造器：

    • 发送端：

      DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress addr, int port)

      （buf：数据字节数组；length：数据长度；addr：目标 IP；port：目标端口）。

    • 接收端：

      DatagramPacket(byte[] buf, int length)

      （buf：接收数据的缓冲区；length：缓冲区大小）。

  • 核心方法：

    • int getLength()：获取实际接收的数据长度。

    • InetAddress getAddress()：获取发送方的 IP 地址（接收端用）。

    • int getPort()：获取发送方的端口（接收端用）。

3. 实现步骤

（1）单发单收（基础版）
服务端（接收方）

  1. 创建 DatagramSocket 实例，绑定端口（如 8888）。

  2. 创建字节缓冲区（如 byte[] buf = new byte[1024]）。

  3. 创建 DatagramPacket 实例（接收数据）。

  4. 调用 receive() 阻塞接收数据。

  5. 解析数据包（获取数据、发送方 IP / 端口）。

  6. 关闭资源。

客户端（发送方）

  1. 创建 DatagramSocket 实例（随机端口）。

  2. 准备发送数据（转为字节数组）。

  3. 获取目标 IP（InetAddress.getByName("192.168.1.66")）。

  4. 创建 DatagramPacket 实例（封装数据、目标 IP、端口）。

  5. 调用 send() 发送数据包。

  6. 关闭资源。

（2）多发多收（进阶版）

  • 核心优化：通过 while 死循环实现持续发送 / 接收。

  • 客户端：循环读取用户输入，输入 “exit” 退出，否则发送数据。

  • 服务端：循环调用 receive()，持续接收不同客户端的数据包（无需区分发送方，直接解析）。

4. 关键注意事项

  • 服务端必须先启动，否则客户端发送的数据包会丢失。

  • 接收端缓冲区大小建议 ≥ 发送端数据长度，避免数据截断。

  • 多客户端发送时，服务端通过 DatagramPacket 的 getAddress()/getPort() 识别发送方。

三、TCP 通信 —— 面向连接可靠传输

1. 核心特点

  • 面向连接：通信前需通过 “三次握手” 建立连接，通信后通过 “四次挥手” 断开连接。

  • 可靠传输：通过序列号、确认应答、重传机制确保数据不丢失、不重复、有序。

  • 流式传输：数据以字节流形式传输，无大小限制（适合大文件传输）。

  • 通信效率低：连接、确认开销大，延迟高于 UDP。

2. 核心机制 —— 三次握手与四次挥手

（1）三次握手（建立连接）

目的：确保通信双方的发送和接收能力正常，建立可靠连接。

  1. 客户端 → 服务端：发送连接请求（SYN 报文）。

  2. 服务端 → 客户端：响应请求（SYN+ACK 报文），确认自身接收正常。

  3. 客户端 → 服务端：发送确认报文（ACK 报文），确认自身发送正常，连接建立。

（2）四次挥手（断开连接）

目的：确保双方数据都已发送完毕，优雅断开连接。

  1. 客户端 → 服务端：发送断开请求（FIN 报文），表示客户端无数据发送。

  2. 服务端 → 客户端：响应确认（ACK 报文），表示收到断开请求，正在处理剩余数据。

  3. 服务端 → 客户端：发送断开确认（FIN 报文），表示服务端无数据发送。

  4. 客户端 → 服务端：发送最终确认（ACK 报文），连接断开。

3. 核心类与 API

（1）Socket——TCP 客户端

  • 作用：创建客户端连接，与服务端建立通信管道，获取输入 / 输出流。

  • 核心构造器：

    • Socket(String host, int port)：根据服务端 IP / 域名和端口建立连接（连接失败抛异常）。

  • 核心方法：

    • OutputStream getOutputStream()：获取字节输出流（发送数据）。

    • InputStream getInputStream()：获取字节输入流（接收数据）。

    • void close()：关闭客户端连接（会触发四次挥手）。

（2）ServerSocket——TCP 服务端

  • 作用：绑定端口，监听客户端连接请求，创建与客户端的通信管道。

  • 核心构造器：

    • ServerSocket(int port)：绑定指定端口，启动服务端。

  • 核心方法：

    • Socket accept()：阻塞等待客户端连接，连接成功返回 Socket 实例（与该客户端通信）。

    • void close()：关闭服务端，停止监听。

4. 实现步骤

（1）一发一收（基础版）
服务端

  1. 创建 ServerSocket 实例，绑定端口（如 9999）。

  2. 调用 accept() 阻塞等待客户端连接，获取 Socket 实例。

  3. 通过 Socket 获取 InputStream，读取客户端数据。

  4. 处理数据（如打印）。

  5. 关闭 Socket 和 ServerSocket。

客户端

  1. 创建 Socket 实例，连接服务端（IP + 端口）。

  2. 通过 Socket 获取 OutputStream，发送数据。

  3. 关闭 Socket。

（2）多发多收（进阶版）

  • 核心优化：循环读取 / 发送数据，客户端输入 “exit” 退出。

  • 注意：TCP 是流式传输，需约定 “结束标记”（如客户端发送 “exit” 时，服务端停止接收），避免 read() 阻塞。

（3）多客户端并发处理（高级版）

  • 问题：基础版服务端只有一个主线程，只能处理一个客户端，处理完才能接收下一个。

  • 解决方案：主线程负责监听连接，每接收一个客户端连接，创建独立子线程（或线程池）处理通信。

  • 实现步骤：

    1. 服务端主线程：循环调用 accept()，接收客户端 Socket。

    2. 每次获取 Socket 后，创建 Thread 或提交到线程池。

    3. 子线程中：通过 Socket 与客户端通信（读 / 写数据）。

    4. 通信结束后，关闭 Socket。

5. BS 架构原理（TCP 应用延伸）

BS 架构本质是 “TCP 通信 + HTTP 协议”，浏览器作为客户端，服务端需遵循 HTTP 协议响应数据。

（1）HTTP 响应格式要求

服务端响应浏览器的数据必须符合以下格式，否则浏览器无法识别：

plaintext

HTTP/1.1 200 OK\r\n  // 协议版本 + 状态码 + 状态描述
Content-Type: text/html; charset=UTF-8\r\n  // 响应数据类型（网页）
\r\n  // 空行（分隔头信息和正文）
<div style='color:red'>听黑马磊哥讲Java</div>  // 响应正文（网页内容）
（2）线程池优化（高并发场景）

  • 问题：多客户端（浏览器）请求时，频繁创建子线程会导致资源耗尽。

  • 解决方案：使用线程池复用线程，控制最大线程数。

  • 核心逻辑：服务端主线程接收浏览器连接后，将通信任务提交到线程池，线程池中的核心线程 / 临时线程处理请求。

四、综合实战 —— 局域网聊天室（CS 架构）

1. 需求说明

实现局域网内多用户即时通信：

  • 客户端：GUI 界面（输入昵称、发送消息、显示聊天记录）。

  • 服务端：支持多客户端并发连接，转发消息（广播给所有在线客户端）。

  • 核心功能：昵称登录、消息发送 / 接收、时间戳显示、退出聊天。

2. 技术栈

  • 网络通信：TCP 协议（可靠传输，确保消息不丢失）。

  • 多线程：服务端线程池处理多客户端，客户端独立线程接收消息（避免 GUI 卡顿）。

  • GUI 编程：Java Swing（窗口、输入框、按钮、文本域）。

  • 时间处理：LocalDateTime（获取当前时间，添加消息时间戳）。

  • 字符串操作：StringBuilder（高效拼接聊天记录，避免 String 频繁拼接开销）。

3. 核心实现思路

（1）服务端

  1. 创建 ServerSocket，绑定端口（如 8888）。

  2. 初始化线程池（核心线程 5，最大线程 10）。

  3. 循环调用 accept()，接收客户端 Socket。

  4. 将客户端通信任务提交到线程池：

    • 读取客户端发送的消息（昵称 + 内容）。

    • 广播消息到所有在线客户端（遍历客户端 Socket 集合，发送消息）。

  5. 客户端断开连接时，从集合中移除，关闭 Socket。

（2）客户端

  1. GUI 界面初始化：登录窗口（昵称输入）、聊天窗口（消息显示域、输入框、发送按钮）。

  2. 登录成功后，创建 Socket 连接服务端。

  3. 启动独立线程：循环读取服务端广播的消息，更新 GUI 文本域（带时间戳）。

  4. 发送按钮绑定事件：读取输入框内容，发送给服务端，清空输入框。

  5. 退出时，关闭 Socket 和线程。

4. 关键技术细节

  • 消息格式：昵称 + " " + 时间戳 + "：" + 消息内容（便于服务端解析和客户端显示）。

  • 时间格式化：LocalDateTime.now().format(DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"))。

  • 线程安全：客户端 GUI 更新需在 EDT（事件调度线程）中执行，避免线程安全问题。

  • 异常处理：网络中断时，捕获 IOException，提示用户重新连接。

五、核心对比与面试高频点

1. UDP vs TCP 深度对比

对比维度 UDP TCP
连接方式 无连接 三次握手建立连接
可靠性 不可靠（无确认、重传） 可靠（序列号、确认、重传）
数据传输方式 数据包（离散） 字节流（连续）
数据限制 单次 ≤64KB 无限制
通信效率 高（低延迟） 低（连接 / 确认开销）
核心类 DatagramSocket、DatagramPacket Socket、ServerSocket
适用场景 直播、语音、游戏 网页、文件下载、支付

2. 面试高频问题

  • TCP 三次握手的目的是什么？

    确保通信双方的发送和接收能力正常，避免无效数据传输（如服务端未就绪，客户端发送数据丢失）。

  • TCP 四次挥手为什么需要四次？

    服务端收到断开请求后，可能仍有未发送完毕的数据，需先响应确认，待数据发送完后再发送断开请求，因此需四次交互。

  • UDP 为什么不能保证可靠传输？

    无连接机制，发送方不关心接收方是否在线；无确认、重传、排序机制，数据可能丢失、乱序。

  • CS 和 BS 架构的核心区别？

    客户端是否需要定制开发（CS 需开发，BS 复用浏览器）、功能扩展性（CS 强，BS 弱）、开发维护成本（CS 高，BS 低）。

  • TCP 服务端如何支持多客户端并发？

    主线程监听连接，每接收一个客户端

    Socket

    ，创建子线程或提交到线程池处理通信，避免主线程阻塞。

5 道 Java 网络编程中大厂面试题

面试题 1

请从 “连接方式、可靠性、数据传输、效率、适用场景” 五个维度对比 UDP 与 TCP 协议的核心差异，并结合实际业务场景说明：为什么视频直播选择 UDP 协议，而文件下载选择 TCP 协议？若需基于 UDP 实现可靠传输，需额外开发哪些核心机制？

面试题 2

TCP 协议的 “三次握手” 和 “四次挥手” 分别用于解决什么问题？请详细描述每一步的交互过程（包括发送的报文类型、双方状态变化），并解释：为什么三次握手不能简化为两次？四次挥手中 “TIME_WAIT” 状态的作用是什么？

面试题 3

网络编程三要素中的 “IP” 和 “端口” 分别承担什么角色？请说明内网 IP（如 192.168.1.100）与公网 IP 的区别，以及本机 IP（127.0.0.1）的特殊作用。若开发 TCP 服务端时出现 “端口已被占用” 异常，如何定位占用端口的进程？如何避免端口冲突？

面试题 4

基于 TCP 协议开发支持 1000 个客户端并发连接的聊天室服务端，需解决哪些核心问题？请说明服务端的架构设计（如线程模型选择）、关键技术（如线程池参数设置），并解释：为什么不推荐使用 “一个客户端一个线程” 的模型？如何实现客户端消息的广播功能？

面试题 5

BS 架构（浏览器 - 服务端）的通信本质是什么？请描述用户在浏览器输入 “http://localhost:8080” 到页面显示的完整流程（包括网络协议交互、数据格式要求）。若服务端返回的数据缺少 “HTTP/1.1 200 OK\r\n” 头信息，浏览器会出现什么问题？为什么？

面试题答案

面试题 1 答案

1. UDP 与 TCP 的五维度核心差异

对比维度 UDP（用户数据报协议） TCP（传输控制协议）
连接方式 无连接：无需建立连接，直接封装数据包发送，发送前不确认接收方状态 面向连接：通过 “三次握手” 建立连接，确保双方收发能力正常
可靠性 不可靠：无确认机制，数据可能丢失、乱序；无重传、排序逻辑 可靠：通过序列号（确保有序）、确认应答（确保送达）、重传机制（丢失重发）保障数据完整
数据传输 数据包传输：单次传输≤64KB，数据离散封装为独立数据包 字节流传输：无大小限制，数据连续传输，需手动定义 “数据边界”（如分隔符）
通信效率 高：无连接、确认开销，延迟低（适合实时场景） 低：连接建立、确认、重传均有开销，延迟高（适合可靠场景）
适用场景 容忍数据丢失的实时场景（视频直播、语音通话、游戏） 需数据绝对可靠的场景（文件下载、网页访问、支付交易）

2. 业务场景选择依据

（1）视频直播选 UDP 的原因

  • 实时性优先：直播需低延迟（如体育赛事直播延迟需 < 3 秒），UDP 无连接开销，数据发送后无需等待确认，延迟远低于 TCP。

  • 容忍数据丢失：视频帧丢失 1-2 帧不影响观看体验（人眼难以察觉），而 TCP 的重传机制会导致 “卡顿”（重传丢失帧时，后续帧需等待，产生延迟累积）。

  • 数据量适配：视频流按帧封装为小数据包（通常 < 64KB），符合 UDP 单次传输限制，无需拆分流数据。

（2）文件下载选 TCP 的原因

  • 可靠性优先：文件（如安装包、文档）需 100% 完整，若丢失数据会导致文件损坏（如 EXE 文件无法运行），TCP 的确认 + 重传机制确保数据无丢失。

  • 无大小限制：文件大小可能达 GB 级，TCP 的字节流传输支持无限大小，无需手动拆分数据包。

3. 基于 UDP 实现可靠传输的额外机制

需手动开发 TCP 的核心可靠机制，典型方案包括：

  1. 确认应答机制：接收方收到 UDP 数据包后，向发送方回复 “确认报文”，发送方超时未收到确认则重传。

  2. 序列号与排序：为每个 UDP 数据包添加序列号，接收方按序列号重组数据，丢弃重复包。

  3. 超时重传：发送方维护 “超时计时器”，超时未收到确认则重传数据包（需避免频繁重传导致网络拥塞）。

  4. 流量控制：接收方根据自身处理能力（如缓冲区大小），向发送方反馈 “可接收数据量”，避免发送方发送过快导致缓冲区溢出。

面试题 2 答案

1. 三次握手与四次挥手的核心目的

  • 三次握手：解决 “双方收发能力确认” 问题，确保客户端和服务端的 “发送器” 和 “接收器” 均正常，避免无效数据传输（如服务端未就绪，客户端发送数据丢失）。

  • 四次挥手：解决 “数据完整性” 问题，确保双方已发送的所有数据都被接收，避免断开连接时残留数据未处理。

2. 三次握手详细过程（建立连接）

步骤 发送方 接收方 报文类型 核心目的 双方状态变化
1 客户端 服务端 SYN（同步报文） 客户端向服务端请求建立连接，携带 “客户端初始序列号” 客户端：CLOSED→SYN_SENT；服务端：LISTEN→SYN_RCVD
2 服务端 客户端 SYN+ACK（同步 + 确认） 服务端确认接收请求，携带 “服务端初始序列号” 和 “客户端序列号确认” 服务端：SYN_RCVD→ESTABLISHED；客户端：SYN_SENT→ESTABLISHED（半连接）
3 客户端 服务端 ACK（确认报文） 客户端确认接收服务端响应，完成连接建立 客户端：ESTABLISHED（全连接）；服务端：ESTABLISHED（全连接）

3. 四次挥手详细过程（断开连接）

步骤 发送方 接收方 报文类型 核心目的 双方状态变化
1 客户端 服务端 FIN（结束报文） 客户端通知服务端：“我已无数据发送，请求断开” 客户端：ESTABLISHED→FIN_WAIT_1
2 服务端 客户端 ACK（确认报文） 服务端确认接收断开请求，“我知道了，正在处理剩余数据” 服务端：ESTABLISHED→CLOSE_WAIT；客户端：FIN_WAIT_1→FIN_WAIT_2
3 服务端 客户端 FIN+ACK（结束 + 确认） 服务端通知客户端：“我已无数据发送，可断开” 服务端：CLOSE_WAIT→LAST_ACK
4 客户端 服务端 ACK（确认报文） 客户端确认接收，等待 2MSL 后断开 客户端：FIN_WAIT_2→TIME_WAIT→CLOSED；服务端：LAST_ACK→CLOSED

4. 关键问题解释

（1）三次握手不能简化为两次的原因

若简化为 “客户端发 SYN→服务端发 SYN+ACK”，服务端无法确认客户端能否接收自身的 SYN 报文：

  • 场景：客户端发送的 SYN 报文因网络延迟到达服务端，客户端已超时重发并建立新连接；延迟的 SYN 报文到达后，服务端发送 SYN+ACK，但客户端认为该报文无效（已建立新连接），不会回复 ACK，服务端会持续重发 SYN+ACK，造成资源浪费。

  • 三次握手的第三次 ACK，本质是 “客户端向服务端确认：我能接收你的数据”，确保双方收发能力均正常，避免 “单向连接”。

（2）TIME_WAIT 状态的作用

客户端发送第四次 ACK 后，进入 TIME_WAIT 状态（默认等待 2MSL，MSL 是报文最大生存时间，通常为 1 分钟），核心作用：

  1. 确保服务端收到最后一次 ACK：若第四次 ACK 丢失，服务端会重发 FIN 报文，客户端在 TIME_WAIT 内可重新回复 ACK，避免服务端无法正常断开。

  2. 避免旧连接报文干扰新连接：等待 2MSL 可确保网络中所有旧连接的残留报文（如延迟的 SYN、FIN）已失效，新连接使用相同端口时不会被旧报文干扰。

面试题 3 答案

1. IP 与端口的核心角色

  • IP 地址：定位 “网络中的设备”，是设备在网络中的唯一标识（如家里的路由器 IP 是 192.168.1.1，服务器公网 IP 是 39.106.xx.xx），确保数据能发送到正确的物理设备。

  • 端口：定位 “设备中的程序”，是应用程序的唯一标识（如 Tomcat 用 8080，MySQL 用 3306），确保数据能交付到设备上的正确应用（避免浏览器数据被 MySQL 接收）。

2. 内网 IP、公网 IP 与本机 IP 的区别

IP 类型 定义 访问范围 典型场景
内网 IP 局域网内部分配的 IP（如 192.168.x.x、10.x.x.x） 仅局域网内可访问，无法被外网直接访问 家庭 / 公司内部设备（手机、电脑）
公网 IP 互联网分配的唯一 IP（需运营商申请） 全球可访问，是设备在互联网的唯一标识 服务器（如百度服务器 IP：180.101.xx.xx）
本机 IP 127.0.0.1（或localhost），指向当前设备 仅本机内部可访问，不经过网络硬件 本地程序测试（如 Tomcat 本地访问http://localhost:8080）

关键关联：内网设备需通过 “路由器 NAT 转发” 使用公网 IP 访问互联网（如手机连 WiFi 时，用路由器的公网 IP 访问百度）。

3. 端口占用问题的定位与解决

（1）定位占用端口的进程（Windows 系统）

  1. 打开命令提示符（CMD），输入命令：

    netstat -ano | findstr "端口号"

    （如查找 8080 端口：

    netstat -ano | findstr "8080"

    ）。

    • 输出结果中，最后一列数字是进程 ID（PID）。

  2. 打开 “任务管理器”→“详细信息”，按 PID 排序，找到对应进程，即可知道哪个程序占用端口（如 java.exe 占用 8080，说明 Tomcat 未关闭）。

（2）避免端口冲突的方案

  1. 动态端口选择：客户端程序不指定固定端口（如 UDP 客户端用new DatagramSocket()，系统自动分配 49152~65535 的动态端口）。

  2. 配置文件指定端口：服务端程序将端口配置在配置文件（如 application.properties），部署时修改为未占用端口。

  3. 端口占用检测：启动服务前，通过代码检测端口是否可用（如尝试绑定端口，抛异常则说明占用）。

  4. 常用端口约定：遵循端口分类规则，开发程序使用 1024~49151 的注册端口，避免使用周知端口（如 80、21）。

面试题 4 答案

1. 1000 客户端并发需解决的核心问题

  • 线程资源耗尽：1000 个客户端若用 “一个客户端一个线程”，会创建 1000 个线程，导致 JVM 栈内存溢出（每个线程默认栈内存 1MB，1000 个线程占 1GB）。

  • 并发安全：消息广播时需遍历所有客户端 Socket，多线程操作 Socket 集合需保证线程安全（避免 ConcurrentModificationException）。

  • 连接管理：客户端异常断开（如网络中断）时，需及时关闭 Socket，移除客户端集合，避免资源泄漏。

  • 消息边界：TCP 是流式传输，需定义消息分隔符（如 “\n”），避免多个客户端的消息粘连。

2. 服务端架构设计（线程池模型）

推荐使用 “主线程监听连接 + 线程池处理通信” 的模型，核心架构如下：

plaintext

[主线程]：循环调用ServerSocket.accept()，接收客户端Socket → 将Socket封装为“通信任务”提交到线程池
[线程池]：核心线程（如20）+ 临时线程（如80）+ 任务队列（如100），处理客户端消息的读/写/广播
[客户端集合]：用ConcurrentHashMap存储在线Socket（线程安全），key为客户端ID，value为Socket
线程池参数设置依据（以 1000 并发为例）

  • 核心线程数（corePoolSize）：设为 CPU 核心数 ×2（如 8 核 CPU 设 16），确保 CPU 资源充分利用，避免线程切换过多。

  • 最大线程数（maximumPoolSize）：设为 100（核心 20 + 临时 80），足够处理 1000 并发（多数客户端处于 “等待消息” 状态，线程池可复用线程）。

  • 任务队列（workQueue）：用 LinkedBlockingQueue，容量设 100，缓冲突发的连接请求，避免直接触发拒绝策略。

  • 拒绝策略（handler）：用 ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy，主线程处理超出线程池容量的任务，避免客户端连接被拒绝。

3. 不推荐 “一个客户端一个线程” 的原因

  • 资源开销大：线程是重量级资源，创建 / 销毁需操作系统内核态切换，1000 个线程会占用大量内存（栈内存 + 线程控制块），导致 JVM 内存紧张。

  • CPU 利用率低：多数客户端处于 “空闲等待消息” 状态（如聊天室用户未发送消息时，线程阻塞在 read ()），大量空闲线程会导致 CPU 频繁切换（上下文切换开销），利用率降至 30% 以下。

  • 维护成本高：需手动管理 1000 个线程的启动 / 关闭，异常处理复杂（如线程抛出未捕获异常会导致客户端连接断开）。

4. 客户端消息广播功能实现

  1. 消息封装：客户端发送消息时，按 “客户端 ID | 消息内容 | 时间戳” 格式封装（如 “user1|Hello|2024-10-01 15:30:00”），服务端解析后拼接为广播内容。

  2. 线程安全集合：用 ConcurrentHashMap<String, Socket> 存储在线客户端，key 为客户端 ID，value 为 Socket，确保多线程遍历 / 修改安全。

  3. 广播逻辑

    ：

    java

    运行

    // 遍历所有在线客户端，发送消息
public void broadcast(String message) {
    // 遍历ConcurrentHashMap的values()，避免ConcurrentModificationException
    for (Socket clientSocket : clientMap.values()) {
        try (OutputStream os = clientSocket.getOutputStream()) {
            os.write((message + "\n").getBytes(StandardCharsets.UTF_8)); // 加\n作为消息边界
            os.flush();
        } catch (IOException e) {
            // 客户端异常断开，移除集合
            clientMap.remove(getClientId(clientSocket));
        }
    }
}

  4. 异常处理：广播时若捕获 IOException（如客户端断开），立即从集合中移除该 Socket，关闭资源，避免后续广播持续失败。

面试题 5 答案

1. BS 架构的通信本质

BS 架构本质是 “TCP 通信 + HTTP 协议规范”：

  • 浏览器是 “通用 TCP 客户端”，无需开发，自动遵循 HTTP 协议发送请求；

  • 服务端是 “TCP 服务端”，需按 HTTP 协议格式响应数据，确保浏览器能解析（如返回 HTML、CSS、JS）。

  • 核心：HTTP 协议是 “TCP 之上的应用层协议”，定义了请求 / 响应的数据格式，而实际数据传输依赖 TCP 的可靠连接。

2. 输入 URL 到页面显示的完整流程

以 “http://localhost:8080” 为例，流程分为 6 步：

  1. URL 解析：浏览器解析 URL，提取 “协议（HTTP）、域名（localhost）、端口（8080）、路径（/）”。

  2. DNS 域名解析：localhost是本机域名，解析为 127.0.0.1（若为公网域名如www.baidu.com，需向 DNS 服务器查询公网 IP）。

  3. TCP 三次握手：浏览器作为 TCP 客户端，与 127.0.0.1:8080 的服务端建立 TCP 连接（三次握手流程见面试题 2）。

  4. HTTP 请求发送

    ：浏览器按 HTTP 协议格式发送请求报文：

    plaintext

    GET / HTTP/1.1\r\n  // 请求方法（GET）+ 路径（/）+ 协议版本（HTTP/1.1）
Host: localhost:8080\r\n  // 服务端地址
User-Agent: Chrome/120.0.0.1\r\n  // 浏览器信息
\r\n  // 空行（分隔请求头和请求体）

  5. 服务端处理与响应

    ：服务端（如 Tomcat）接收请求，处理后按 HTTP 协议返回响应报文：

    plaintext

    HTTP/1.1 200 OK\r\n  // 协议版本 + 状态码（200=成功）+ 状态描述
Content-Type: text/html; charset=UTF-8\r\n  // 响应数据类型（HTML）
\r\n  // 空行
<html><body>欢迎访问</body></html>  // 响应正文（HTML内容）

  6. TCP 四次挥手与页面渲染：浏览器接收响应，关闭 TCP 连接（四次挥手），解析 HTML/CSS/JS，渲染页面并显示。

3. 缺少 HTTP 头信息的问题

若服务端返回的数据缺少 “HTTP/1.1 200 OK\r\n” 头信息（如直接返回...），浏览器会无法解析数据，显示 “无法访问此网站” 或空白页面，原因如下：

  • 浏览器识别响应的前提是 “符合 HTTP 协议格式”：浏览器默认按 HTTP 协议解析 TCP 数据，若缺少协议头，无法判断数据类型（是 HTML、图片还是二进制文件），也无法确认请求是否成功（状态码缺失）。

  • 协议头是 “数据解析的标识”：HTTP 头中的Content-Type（如 text/html）告诉浏览器 “用 HTML 引擎渲染数据”，缺少头信息时，浏览器无法确定渲染方式，只能拒绝显示。

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