构建医疗领域主权AI基础设施的技术合作
2026/1/22 11:30:50
【JavaSE】【网络原理】UDP 和 TCP 的原理详解
在 JavaSE 阶段学习网络编程时，理解 UDP 和 TCP 的核心区别与工作原理是最重要的一环，因为 Java 的Socket、ServerSocket、DatagramSocket等类本质上就是在封装这两种传输层协议。
下面用最清晰的对比 + 图解 + 通俗语言，把它们讲透。
一、TCP 与 UDP 核心对比表（2026年面试必背）
| 特性 | TCP（传输控制协议） | UDP（用户数据报协议） | 典型应用场景 |
|---|---|---|---|
| 连接方式 | 面向连接（三次握手、四次挥手） | 无连接 | TCP：HTTP/HTTPS、FTP、SMTP、MySQL UDP：DNS、视频直播、游戏、语音通话 |
| 传输可靠性 | 可靠（丢包重传、乱序重排、流量控制、拥塞控制） | 不可靠（尽力而为，丢包不重传） | — |
| 数据传输方式 | 字节流（无边界） | 数据报（有边界，一发一收） | — |
| 传输效率 | 较低（头部 20 字节 + 各种确认、重传机制） | 较高（头部仅 8 字节） | UDP 更快，但不可靠 |
| 是否提供流量控制 | 有（滑动窗口） | 无 | — |
| 是否提供拥塞控制 | 有（慢启动、拥塞避免、快速重传、快速恢复） | 无 | TCP 更适合广域网 |
| 头部开销 | 20~60 字节（选项字段可变） | 8 字节 | UDP 头部极简 |
| 是否有序 | 有序（序号 + 确认机制） | 无序（应用层自己处理） | — |
一句话总结：
- TCP= 可靠的、面向连接的、字节流的“快递员”（保证送达、按序送达、不丢失、不重复）
- UDP= 不可靠的、无连接的、数据报的“发射炮”（发出去就不管了，速度快）
二、TCP 核心原理（三次握手、四次挥手、滑动窗口）
1. 三次握手（建立连接）
目的：双方确认对方的发送和接收能力都正常
客户端 服务端 | SYN=1, seq=x | （我能发，你能收吗？） |----------------->| | | SYN=1, ACK=1, seq=y, ack=x+1 | | （我也能发，你也能收） |<-----------------| | ACK=1, seq=x+1, ack=y+1 | （好的，大家都能发能收，开始吧） |----------------->|为什么是三次而不是两次？
两次无法确认客户端的接收能力（第二次握手确认服务端收发正常，但客户端只确认了服务端能收）
2. 四次挥手（断开连接）
目的：双方都确认数据全部发送完毕，且对方不再发送
客户端 服务端 | FIN=1, seq=u | （我发完了，你呢？） |----------------->| | | ACK=1, ack=u+1 | | （收到，我还在发） |<-----------------| | | FIN=1, seq=v | | （我也发完了） |<-----------------| | ACK=1, ack=v+1 | （好的，结束） |----------------->|为什么是四次而不是三次？
因为 TCP 是全双工，双方都要独立关闭自己的发送通道。
3. 滑动窗口与流量控制（TCP 高效传输的关键）
- 窗口大小：接收方告诉发送方“我还能接收多少字节”
- 滑动窗口：发送方根据窗口大小决定一次能发多少数据
- 零窗口：接收方窗口为 0 → 发送方停止发送（避免淹没接收方）
三、UDP 核心原理（简单粗暴）
UDP 数据报格式（只有 8 字节头部）
源端口 (16位) | 目的端口 (16位) 长度 (16位) | 校验和 (16位) 数据...UDP 特点总结
- 无连接 → 无三次握手、无四次挥手，开销极小
- 无状态 → 不记录连接状态，适合一对多广播、组播
- 数据报边界保留 → send 多少，recv 就完整收到多少（不像 TCP 是流）
- 无重传、无拥塞控制 → 应用层自己决定是否重传
四、Java 中对应实现（最常考）
| 协议 | Java 类 | 特点 | 典型代码片段 |
|---|---|---|---|
| TCP | ServerSocket / Socket | 面向连接、可靠、流式 | server.accept()→socket.getInputStream() |
| UDP | DatagramSocket / DatagramPacket | 无连接、不可靠、数据报 | socket.send(packet)/socket.receive(packet) |
UDP 经典代码示例（广播/组播常见）
// 发送端DatagramSocketsocket=newDatagramSocket();Stringmsg="Hello UDP";byte[]data=msg.getBytes();DatagramPacketpacket=newDatagramPacket(data,data.length,InetAddress.getByName("255.255.255.255"),9999);// 广播socket.send(packet);// 接收端DatagramSocketsocket=newDatagramSocket(9999);byte[]buffer=newbyte[1024];DatagramPacketpacket=newDatagramPacket(buffer,buffer.length);socket.receive(packet);Stringreceived=newString(packet.getData(),0,packet.getLength());五、2025-2026 年面试高频问题（建议背熟）
- TCP 和 UDP 的区别？分别适用于什么场景？
- 为什么 UDP 比 TCP 快？（无连接、无状态、无重传、无拥塞控制）
- 三次握手为什么是三次而不是两次？
- 四次挥手为什么是四次？TIME_WAIT 状态有什么作用？（防止延迟数据包干扰新连接）
- TCP 如何保证可靠传输？（确认应答、超时重传、滑动窗口、流量控制、拥塞控制）
- UDP 什么时候会丢包？（网络拥堵、接收方缓冲区满）
- Java 中实现 UDP 广播/组播要注意什么？（设置
setBroadcast(true)，组播地址 224.0.0.0~239.255.255.255）
一句话总结：
TCP是“稳重可靠的大哥”，适合需要数据完整、顺序的场景（网页、文件传输、数据库）。
UDP是“速度至上的小弟”，适合实时性要求高、丢包可容忍的场景（直播、游戏、DNS）。
如果你正在准备 JavaSE 网络编程面试，或者想看具体代码案例（TCP 聊天室、UDP 广播、组播实现），可以告诉我，我继续给你展开～