Введение в сетевое программирование Java

Сетевое программирование — это то, как программа Java общается с другой программой — через комнату или через весь мир. JDK поставляет для этого полный стек «всё включено» в двух пакетах: давний java.net (URL-адреса, сокеты, адреса) и современный java.net.http (HttpClient, введённый в Java 11). Эта часть книги проходит по этому стеку от высокоуровневых удобств вплоть до сырых сокетов.

Слои, от высокого к низкому

Сетевые API Java образуют лестницу. Выбирайте самую высокую ступень, которая справляется с задачей:

Ступень	API	Использовать для
Самая высокая	`HttpClient` (`java.net.http`)	Современный HTTP/HTTPS: вызовы REST, загрузки, асинхронность
	`URL` / `URLConnection` / `HttpURLConnection`	Устаревший HTTP и другие протоколы URL
	`Socket` / `ServerSocket`	Собственные протоколы TCP, ваш собственный клиент/сервер
Самая низкая	`DatagramSocket`	Обмен сообщениями UDP без установления соединения
Поддержка	`InetAddress`	Разрешение и представление IP-адресов

Эмпирическое правило: если вы вызываете HTTP-API, тянитесь к HttpClient. Спускайтесь к сокетам только тогда, когда говорите на протоколе, отличном от HTTP, или строите собственный сервер.

TCP против UDP

Два транспортных протокола лежат в основе почти всего:

TCP (Socket, ServerSocket) — это соединение: надёжное, упорядоченное, потоковое. Байты, которые вы записываете, прибывают целыми и по порядку, либо вы получаете ошибку. HTTP, базы данных и большинство прикладных протоколов едут на TCP.
UDP (DatagramSocket) — без установления соединения: вы выстреливаете независимыми пакетами («датаграммами») без рукопожатия, без упорядочивания и без гарантии доставки. Он обменивает надёжность на низкую задержку — используется для DNS, видеотрансляций и игр.

Клиент против сервера

Клиент инициирует соединение с известным адресом и портом. Сервер привязывается к порту и ждёт, чтобы принять входящие соединения. Один и тот же класс Socket представляет активное соединение на обоих концах; асимметрия лишь в том, кто начинает разговор. Последующие главы строят обе стороны.

По умолчанию блокирующие

Классические API java.net являются блокирующими: socket.getInputStream().read() паркует вызывающий поток, пока не прибудут данные, а serverSocket.accept() паркует, пока не подключится клиент. Об этом просто рассуждать, но это означает один поток на соединение. (Каналы java.nio и виртуальные потоки решают вопрос масштабирования; эта часть остаётся на блокирующих API, которые являются правильной отправной точкой.)

Проработанный пример: весь стек в одном файле

Чтобы сделать части конкретными, эта программа запускает крошечный HTTP-сервер на интерфейсе loopback, затем вызывает его современным HttpClient — полный кругооборот клиент/сервер в одной JVM, без необходимости во внешней сети.

java— editable, runs on the server

import com.sun.net.httpserver.HttpServer;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.net.URI;
import java.net.http.HttpClient;
import java.net.http.HttpRequest;
import java.net.http.HttpResponse;
import java.io.OutputStream;
import java.nio.charset.StandardCharsets;

public class NetworkingIntroDemo {
  public static void main(String[] args) throws Exception {
    // 1. A minimal server, bound to loopback on an OS-chosen (port 0) port
    HttpServer server = HttpServer.create(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 0), 0);
    server.createContext("/hello", exchange -> {
      byte[] body = "Hello from the server".getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
      exchange.sendResponseHeaders(200, body.length);
      try (OutputStream os = exchange.getResponseBody()) { os.write(body); }
    });
    server.start();
    int port = server.getAddress().getPort();
    System.out.println("server listening on 127.0.0.1:" + port);

// 2. The client: build a request and send it with HttpClient
    HttpClient client = HttpClient.newHttpClient();
    HttpRequest request = HttpRequest.newBuilder()
        .uri(URI.create("http://127.0.0.1:" + port + "/hello"))
        .GET()
        .build();
    HttpResponse<String> response =
        client.send(request, HttpResponse.BodyHandlers.ofString());

System.out.println("status      : " + response.statusCode());
    System.out.println("body        : " + response.body());
    System.out.println("http version: " + response.version());

server.stop(0);
    System.out.println("server stopped");
  }
}

Что вынести из запуска:

Работающие клиент и сервер умещаются в одном коротком файле. Реальные приложения разносят их по машинам, но API идентичен — HttpServer принял соединение, а HttpClient открыл его, встретившись по TCP на интерфейсе loopback (127.0.0.1). Такова форма каждой сетевой программы: одна сторона ждёт, другая вызывает.
Привязка к порту 0 позволила ОС выбрать свободный порт, который server.getAddress().getPort() сообщил обратно. Жёсткое кодирование порта рискует «address already in use»; порт 0 — стандартный приём для тестов и демонстраций, которым нужен просто какой-то порт.
Клиент никогда не касался сокета напрямую. HttpClient обработал соединение, строку HTTP-запроса, заголовки и разбор ответа — в этом ценность подъёма на самую высокую ступень лестницы. Главы о сокетах далее покажут, что он скрыл.
Ответ нёс структурированные метаданные: statusCode() (200), body() и version(). HTTP-ответы — это больше, чем текст; клиент смоделировал их как типизированный объект HttpResponse, так что вы читаете поля, а не разбираете поток.
server.stop(0) освободил порт. Сетевые ресурсы — сокеты, серверные порты, соединения — это скудные дескрипторы ОС; каждая глава в этой части закрывает их явно (или с помощью try-with-resources), чтобы они не утекали.

Что охватывает остаток этой части

URL и его классы соединений, современный HttpClient подробно, сырой TCP с Socket и ServerSocket, UDP без установления соединения с DatagramSocket и разрешение адресов с InetAddress. Следующая глава начинается с самого знакомого сетевого объекта из всех: URL.

Практика

Вы пишете сервис Java, который вызывает стороннее REST-API через HTTPS и нуждается как в синхронных, так и в асинхронных запросах на современном JDK. Какой API является наиболее подходящим первым выбором?

'java.net.http.HttpClient', современный высокоуровневый HTTP-API, который поддерживает синхронный 'send', асинхронный 'sendAsync', HTTP/2 и HTTPS из коробки
Сырое соединение 'Socket' на порту 443, с записью строки HTTP-запроса и заголовков вручную
'DatagramSocket', потому что UDP быстрее, а REST-API не сохраняют состояние
'ServerSocket', поскольку вызов API означает принятие соединения сервера API