网络编程与 HTTP

学习目标

区分 URI、HTTP、TCP、UDP、Socket 和应用层消息。
能根据请求协议选择 HttpClient、Socket 或 DatagramSocket。
能识别连接超时、读取超时、HTTP 状态、业务失败和半包问题。

核心知识点

专业术语

URI（Uniform Resource Identifier）：描述资源身份和定位信息的统一语法。
TCP：面向连接的可靠字节流，不保留应用消息边界。
UDP：面向数据报的无连接协议，保留数据报边界但不保证送达。
HTTP：运行在 TCP/TLS 之上的请求-响应协议，包含方法、头、状态码和主体。

白话解释与边界

浏览器式接口优先使用 HttpClient，它已经处理请求构造、TLS、连接复用、同步/异步发送等 HTTP 语义；只有自定义文本协议、长连接或教学 TCP 场景才直接使用 Socket。TCP 的一次 read 可能只得到半条消息，必须由应用层设计长度、分隔符或帧格式。HTTP 状态码不是业务结果，2xx 也可能包含业务失败字段。

常用用法

`URI`：表达 HTTP 资源地址

URI 是结构化地址值，适合传给 HttpRequest；它本身不负责建立连接。

java

// 说明：URI：表达 HTTP 资源地址。
import java.net.URI;

public class UriDemo {
    public static void main(String[] args) {
        URI uri = URI.create("https://example.com/api?q=java");
        // 关键变化：URI uri = URI.create("https://example.com/api?q=java");；按 "https://example.com/api?q=java" 调用 create 创建值，结果写入 uri。
        System.out.println(uri.getScheme() + ":" + uri.getPath());
        // 输出：https:/api
    }
}

不要把用户输入字符串直接拼进 URL，至少先解析并校验 scheme、host 和允许的端口。URI、URL 和 URLConnection 的差别见 Socket 与网络边界。

`HttpClient`：构建可复用的 HTTP 客户端

客户端可复用以共享连接池；connectTimeout 只限制建立连接，不等于完整请求的读取超时。

java

// 说明：HttpClient：构建可复用的 HTTP 客户端。
import java.net.http.HttpClient;
import java.time.Duration;

public class HttpClientBuilderDemo {
    public static void main(String[] args) {
        HttpClient client = HttpClient.newBuilder()
                .connectTimeout(Duration.ofSeconds(3))
                .followRedirects(HttpClient.Redirect.NORMAL)
                .build();
                // 关键变化：.connectTimeout(Duration.ofSeconds(3)) .followRedirects(HttpClient.Redirect.NORMAL) .build();；调用 build，实参为 无显式参数；按已配置的超时和重定向策略构建 HttpClient。
                // 关键变化：.followRedirects(HttpClient.Redirect.NORMAL) .build();；调用 build，实参为 无显式参数；按已配置的超时和重定向策略构建 HttpClient。
                // 关键变化：.build();；调用 build，实参为 无显式参数；完成前面的 builder 配置并返回构造对象。
        System.out.println(client.version());
        // 输出：HTTP_2
    }
}

完整请求和响应处理见 HTTP Client 常用 API。

`Socket`：自定义 TCP 字节流

Socket 只提供连接和字节流，不替你定义消息边界、编码、认证和重试；要看完整回显服务和半关闭行为，阅读 Socket 与网络边界。

java

// 说明：Socket：自定义 TCP 字节流。
import java.net.InetSocketAddress;

public class SocketAddressDemo {
    public static void main(String[] args) {
        var address = new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8080);
        System.out.println(address.getHostString() + ":" + address.getPort());
        // 输出：127.0.0.1:8080
    }
}

HTTP 请求的同步与异步选择

少量调用用同步 send 最直观；需要并发请求且不想阻塞当前线程时用 sendAsync，但仍要处理完成、异常、取消和资源大小边界。

java

// 说明：HTTP 请求的同步与异步选择。
import java.net.URI;
import java.net.http.HttpRequest;

public class HttpRequestChoiceDemo {
    public static void main(String[] args) {
        var request = HttpRequest.newBuilder(URI.create("https://example.com"))
                .header("Accept", "text/plain")
                .GET()
                .build();
                // 关键变化：var request = HttpRequest.newBuilder(URI.create("https://example.com")) .header("Accept", "text/plain") .GET() .build();；按 "https://example.com" 调用 create 创建值，结果写入 request。
                // 关键变化：.header("Accept", "text/plain") .GET() .build();；调用 build，实参为 无显式参数；按已配置的方法、请求头和请求体构建 HttpRequest。
                // 关键变化：.GET() .build();；调用 build，实参为 无显式参数；按已配置的方法、请求头和请求体构建 HttpRequest。
                // 关键变化：.build();；调用 build，实参为 无显式参数；完成前面的 builder 配置并返回构造对象。
        System.out.println(request.method() + " " + request.uri());
        // 输出：GET https://example.com
    }
}

不常用但需要知道

`URLConnection`：旧式 URL 连接 API

旧代码中仍会看到 URLConnection/HttpURLConnection，但新 HTTP 客户端优先使用 JDK 11+ 的 HttpClient，避免在连接、异步和 HTTP/2 处理上重复造轮子。

java

import java.net.URI;

public class UrlConnectionBoundaryDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        var connection = URI.create("https://example.com").toURL().openConnection();
        // 关键变化：var connection = URI.create("https://example.com").toURL().openConnection();；按 "https://example.com" 调用 create 创建值，结果写入 connection。
        System.out.println(connection.getClass().getSimpleName());
        // 输出：HttpURLConnection
    }
}

`DatagramSocket`：UDP 数据报

UDP 适合能容忍丢包、重复或乱序的场景；需要可靠顺序、拥塞控制或复杂重试时不要把 UDP 当成“更快的 TCP”。

java

import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.nio.charset.StandardCharsets;

public class UdpPacketDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        byte[] bytes = "ping".getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
        var packet = new DatagramPacket(bytes, bytes.length);
        System.out.println(packet.getLength());
        // 输出：4
        try (var socket = new DatagramSocket()) {
        // 输入：try (var socket = new DatagramSocket()) {；资源变量 socket 接收 new DatagramSocket()，try 结束时自动关闭。
        // 关键变化：try (var socket = new DatagramSocket()) {；创建资源 socket，构造表达式为 new DatagramSocket()；try 结束时关闭该资源。
            socket.connect("127.0.0.1", 9999);
            // 关键变化：socket.connect("127.0.0.1", 9999);；让 socket 连接到 127.0.0.1:9999；连接状态更新。
        }
    }
}

`shutdownInput`/`shutdownOutput`：TCP 半关闭

半关闭表示“我不再发送”或“我不再接收”，不等于立即关闭整个连接；只有协议明确支持结束方向时才使用，否则对端可能把 EOF 误判为异常。

java

// 说明：这里只创建未连接的 socket；连接后 shutdownOutput() 会向对端发送 EOF，而输入方向仍可继续接收字节。
import java.net.Socket;

public class HalfCloseDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        try (Socket socket = new Socket()) {
        // 输入：try (Socket socket = new Socket()) {；资源变量 socket 接收 new Socket()，try 结束时自动关闭。
        // 关键变化：try (Socket socket = new Socket()) {；创建资源 socket，构造表达式为 new Socket()；try 结束时关闭该资源。
            System.out.println(socket.isClosed());
            // 输出：false
            // 连接建立后可分别调用 socket.shutdownOutput() 或 shutdownInput()
        }
    }
}

`Proxy` 与代理边界

代理是连接路径的配置，不是业务重试或认证策略；生产环境还要明确代理凭证、TLS 终止位置和内网地址校验。

java

// 说明：proxy 把 HTTP 连接路径指向 127.0.0.1:8080；URI 仍表示目标 https 资源，不携带代理凭证。
import java.net.Proxy;
import java.net.URI;

public class ProxyBoundaryDemo {
    public static void main(String[] args) {
        var proxy = new Proxy(Proxy.Type.HTTP, new java.net.InetSocketAddress("127.0.0.1", 8080));
        System.out.println(proxy.type() + " " + URI.create("https://example.com").getScheme());
        // 输出：HTTP https
    }
}

简单案例

java

import java.net.URI;
import java.net.http.HttpClient;
import java.net.http.HttpRequest;
import java.net.http.HttpResponse;
import java.time.Duration;

public class NetworkDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        var client = HttpClient.newBuilder()
                .connectTimeout(Duration.ofSeconds(3))
                .build();
                // 关键变化：.connectTimeout(Duration.ofSeconds(3)) .build();；调用 build，实参为 无显式参数；按已配置的超时和重定向策略构建 HttpClient。
                // 关键变化：.build();；调用 build，实参为 无显式参数；完成前面的 builder 配置并返回构造对象。
        var request = HttpRequest.newBuilder(URI.create("https://example.com"))
                .timeout(Duration.ofSeconds(5))
                .header("Accept", "text/html")
                .GET()
                .build();
                // 关键变化：var request = HttpRequest.newBuilder(URI.create("https://example.com")) .timeout(Duration.ofSeconds(5)) .header("Accept", "text/html") .GET() .build();；按 "https://example.com" 调用 create 创建值，结果写入 request。
                // 关键变化：.timeout(Duration.ofSeconds(5)) .header("Accept", "text/html") .GET() .build();；调用 build，实参为 无显式参数；按已配置的方法、请求头和请求体构建 HttpRequest。
                // 关键变化：.header("Accept", "text/html") .GET() .build();；调用 build，实参为 无显式参数；按已配置的方法、请求头和请求体构建 HttpRequest。
                // 关键变化：.GET() .build();；调用 build，实参为 无显式参数；按已配置的方法、请求头和请求体构建 HttpRequest。
                // 关键变化：.build();；调用 build，实参为 无显式参数；完成前面的 builder 配置并返回构造对象。
        HttpResponse<String> response = client.send(request, HttpResponse.BodyHandlers.ofString());
        System.out.println(response.statusCode());
        // 输出：200
    }
}

该案例需要网络可达；生产请求还应显式处理非 2xx、响应大小、字符集、TLS 证书、取消和幂等重试。

易混点

URI 是地址值，URL/URLConnection 是旧式访问 API，HttpClient 才是现代 HTTP 请求客户端。
TCP 提供字节流，不提供消息边界；UDP 提供数据报边界，但不保证送达。
连接超时、请求超时、读取超时和业务超时不是同一个概念，应分别设定。
HTTP 2xx 只表示协议层成功，响应体仍可能表示业务失败；网络异常也不等于 HTTP 状态码。

课后小问

为什么不能把一次 Socket.read() 当成一条完整消息？答案：TCP 只保证字节顺序，不保留发送方的消息边界。解析：应用协议必须定义长度、分隔符或帧头，并循环读取到完整消息。
HttpClient 的连接超时和 HttpRequest 的 timeout 分别解决什么问题？答案：前者限制建立连接，后者限制一次请求操作的总等待范围。解析：DNS、TLS、服务器处理和响应读取还可能各自耗时，不能只配置一个数字就覆盖所有故障。

本节小结

HTTP 请求优先使用可复用的 HttpClient，自定义协议才直接操作 Socket。
URI、连接、协议状态和业务结果应分层处理。
TCP 需要应用层消息边界，UDP 需要接受丢包和乱序风险。
超时、取消、响应体关闭和幂等性决定网络代码是否可靠。

快速回顾

HttpRequest 描述请求，HttpClient 发送请求，HttpResponse 携带状态和主体。
Socket 是字节流连接，不是完整消息队列。
HTTP 重试必须考虑方法幂等性和退避。
网络代码要区分连接失败、协议失败和业务失败。

网络编程与 HTTP ​

学习目标 ​

核心知识点 ​

专业术语 ​

白话解释与边界 ​

常用用法 ​

URI：表达 HTTP 资源地址 ​

HttpClient：构建可复用的 HTTP 客户端 ​

Socket：自定义 TCP 字节流 ​

HTTP 请求的同步与异步选择 ​

不常用但需要知道 ​

URLConnection：旧式 URL 连接 API ​

DatagramSocket：UDP 数据报 ​

shutdownInput/shutdownOutput：TCP 半关闭 ​

Proxy 与代理边界 ​

简单案例 ​

易混点 ​

课后小问 ​

本节小结 ​

快速回顾 ​

网络编程与 HTTP

学习目标

核心知识点

专业术语

白话解释与边界

常用用法

`URI`：表达 HTTP 资源地址

`HttpClient`：构建可复用的 HTTP 客户端

`Socket`：自定义 TCP 字节流

HTTP 请求的同步与异步选择

不常用但需要知道

`URLConnection`：旧式 URL 连接 API

`DatagramSocket`：UDP 数据报

`shutdownInput`/`shutdownOutput`：TCP 半关闭

`Proxy` 与代理边界

简单案例

易混点

课后小问

本节小结

快速回顾