網路程式設計與 JDBC

學完本章你將能夠：

說明 IP、埠號與 TCP/UDP 的差異，用 |InetAddress| 查詢主機。
用 Socket 撰寫 TCP 的伺服器與用戶端，並演進到執行緒池版本。
用 Java 11 的 |HttpClient| 發出同步與非同步請求。
用 JDBC 完成 CRUD、辨識並防範 SQL 注入。
用交易確保資料一致，並用批次處理提升效能。
以 DAO 模式分層，理解連線池的價值。

現代軟體幾乎沒有孤島：前端要打 API、後端要連資料庫、服務之間要互相呼叫。本章聚焦兩個最基礎也最關鍵的能力——網路通訊與資料庫存取。這兩者都建立在前幾章的基礎上：伺服器要用第 4 章的執行緒池服務多個連線，非同步 HTTP 呼叫要用 |CompletableFuture|，連線池的概念也與執行緒池一脈相承。

我們先從網路的底層 Socket 講起，理解「連線」到底是什麼，再往上到便利的 |HttpClient|；資料庫部分則從 JDBC 的原始 API 出發，一路帶到防注入、交易與分層設計等業界實務。

網路基礎速覽

網路通訊靠兩個座標定位對象：IP 位址標定「哪一台主機」，埠號（port）標定「主機上的哪個程式」。兩者合起來（如 |140.112.1.1:8080|）就能唯一指向網路上某個服務。傳輸層有兩大協定：

比較	TCP	UDP
連線	需三向交握建立連線	無連線
可靠性	保證送達與順序	不保證
速度	較慢（有確認機制）	較快
適用	網頁、檔案傳輸	直播、遊戲、DNS

TCP 建立連線要經過「三向交握」：用戶端送 SYN、伺服器回 SYN-ACK、用戶端再回 ACK，雙方確認彼此都能收送後才開始傳資料。這個機制是 TCP「可靠」的基礎。

import java.net.InetAddress;

/** * 用 InetAddress 查詢本機與指定主機的 IP 位址。 */ public class InetAddressDemo

public static void main(String[] args) throws Exception

// 取得本機資訊 InetAddress local = InetAddress.getLocalHost(); System.out.println("本機名稱：" + local.getHostName()); System.out.println("本機位址：" + local.getHostAddress());

// 以網域名稱查詢 IP（DNS 解析） InetAddress site = InetAddress.getByName("localhost"); System.out.println("localhost → " + site.getHostAddress());

本機名稱：mycomputer.local 本機位址：192.168.1.20 localhost → 127.0.0.1

TCP Socket 程式設計

import java.io.BufferedReader; import java.io.InputStreamReader; import java.io.PrintWriter; import java.net.ServerSocket; import java.net.Socket;

/** * 單執行緒回聲伺服器：接受一個連線，把每行輸入原樣回傳。 * try-with-resources 確保 Socket 與串流自動關閉。 */ public class EchoServer public static void main(String[] args) throws Exception // 綁定 5000 埠，開始監聽 try (ServerSocket server = new ServerSocket(5000)) System.out.println("伺服器啟動，等待連線…"); try (Socket socket = server.accept(); // 阻塞等待 BufferedReader in = new BufferedReader( new InputStreamReader(socket.getInputStream())); PrintWriter out = new PrintWriter( socket.getOutputStream(), true)) System.out.println("用戶端已連線"); String line; // 逐行讀取，直到用戶端關閉連線（readLine 回傳 null） while ((line = in.readLine()) != null) System.out.println("收到：" + line); out.println("回聲：" + line); // 原樣送回

搭配的用戶端連上伺服器、送出訊息並印出回聲：

import java.io.BufferedReader; import java.io.InputStreamReader; import java.io.PrintWriter; import java.net.Socket;

/** * 回聲用戶端：連上伺服器，送出兩行訊息並印出回聲。 */ public class EchoClient

public static void main(String[] args) throws Exception

// 連到 localhost 的 5000 埠 try (Socket socket = new Socket("localhost", 5000); PrintWriter out = new PrintWriter( socket.getOutputStream(), true); BufferedReader in = new BufferedReader( new InputStreamReader(socket.getInputStream())))

for (String msg : new String[]"你好", "Java 網路") out.println(msg); // 送出 System.out.println(in.readLine()); // 讀回聲

執行時開兩個終端機：先啟動伺服器，再啟動用戶端。兩邊的輸出如下：

# 終端機 1（伺服器） \(java EchoServer 伺服器啟動，等待連線… 用戶端已連線收到：你好收到：Java 網路 # 終端機 2（用戶端）\) java EchoClient 回聲：你好回聲：Java 網路

從單執行緒到執行緒池伺服器

上面的伺服器有個致命問題：它一次只能服務一個用戶端。因為主執行緒被 |accept| 之後的讀寫迴圈佔住，第二個用戶端只能乾等。解法呼應第 4 章：每接受一條連線，就把它交給執行緒池處理，主執行緒立刻回頭 |accept| 下一個。

import java.io.BufferedReader; import java.io.InputStreamReader; import java.io.PrintWriter; import java.net.ServerSocket; import java.net.Socket; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors;

/** * 執行緒池版回聲伺服器：可同時服務多個用戶端。 * 主執行緒只負責 accept，實際讀寫交給執行緒池。 */ public class PooledEchoServer

public static void main(String[] args) throws Exception ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(10); try (ServerSocket server = new ServerSocket(5000)) System.out.println("執行緒池伺服器啟動"); while (true) Socket socket = server.accept(); // 接受新連線 // 把這條連線的服務工作丟給執行緒池 pool.submit(() -> handle(socket));

/** 服務單一連線：回聲直到對方關閉 */ static void handle(Socket socket) try (socket; BufferedReader in = new BufferedReader( new InputStreamReader(socket.getInputStream())); PrintWriter out = new PrintWriter( socket.getOutputStream(), true)) String line; while ((line = in.readLine()) != null) out.println("回聲：" + line); catch (Exception e) System.out.println("連線異常：" + e.getMessage());

執行緒池伺服器啟動（此時可同時開多個用戶端，各自都能得到回聲，互不阻塞）

「每連線一執行緒」的模型直觀，但連線數極大時（如上萬）會受限於平台執行緒的成本。此時有兩條現代路線：用第 4 章的虛擬執行緒（每連線一條虛擬執行緒，輕量且寫法不變），或改用 NIO 的非阻塞、事件驅動模型（如 Netty）。中小型服務用執行緒池已綽綽有餘。

群聊伺服器實戰

把多執行緒與共享狀態結合，就能做出群聊伺服器：維護一份「所有連線」的清單，任何人發言就廣播給全部人。關鍵在於這份清單會被多執行緒同時存取，必須用執行緒安全的集合（呼應第 4 章）。

import java.io.BufferedReader; import java.io.InputStreamReader; import java.io.PrintWriter; import java.net.ServerSocket; import java.net.Socket; import java.util.List; import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors;

/** * 群聊伺服器：維護所有用戶端的輸出串流，收到訊息即廣播給全部人。 * CopyOnWriteArrayList 保證多執行緒讀寫清單的安全（讀多寫少）。 */ public class ChatServer

// 所有已連線用戶端的輸出串流 static final List<PrintWriter> clients = new CopyOnWriteArrayList<>();

public static void main(String[] args) throws Exception ExecutorService pool = Executors.newCachedThreadPool(); try (ServerSocket server = new ServerSocket(6000)) System.out.println("群聊伺服器啟動於 6000 埠"); while (true) Socket socket = server.accept(); pool.submit(() -> serve(socket));

/** 服務單一用戶端：註冊、收訊廣播、離線時移除 */ static void serve(Socket socket) try (socket; BufferedReader in = new BufferedReader( new InputStreamReader(socket.getInputStream()))) PrintWriter out = new PrintWriter( socket.getOutputStream(), true); clients.add(out); // 註冊 String line; while ((line = in.readLine()) != null) broadcast(line); // 廣播 catch (Exception e) System.out.println("用戶端離線");

/** 把訊息送給每一個已連線的用戶端 */ static void broadcast(String msg) for (PrintWriter client : clients) client.println(msg);

群聊伺服器啟動於 6000 埠（多個用戶端連入後，任一人發言，所有人都會即時收到）

UDP 收發

UDP 沒有連線的概念，直接用 |DatagramSocket| 收送 |DatagramPacket| 封包。它不保證送達，但省去建立連線的開銷，適合可容忍少量遺失、要求低延遲的場景（如即時串流、遊戲同步）。

import java.net.DatagramPacket; import java.net.DatagramSocket; import java.net.InetAddress;

/** * UDP 收發示範：接收端與傳送端各用一個 DatagramSocket。 * 此處在同一程式內先啟動接收再送出，示意收送流程。 */ public class UdpDemo

public static void main(String[] args) throws Exception

// 接收端：綁定 7000 埠，在另一執行緒等待封包 Thread receiver = new Thread(() -> try (DatagramSocket socket = new DatagramSocket(7000)) byte[] buf = new byte[1024]; DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buf, buf.length); socket.receive(packet); // 阻塞等待 String text = new String(packet.getData(), 0, packet.getLength()); System.out.println("接收到：" + text); catch (Exception e) e.printStackTrace(); ); receiver.start(); Thread.sleep(100); // 確保接收端就緒

// 傳送端：把封包送往 localhost 的 7000 埠 try (DatagramSocket socket = new DatagramSocket()) byte[] data = "UDP 訊息".getBytes(); DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, data.length, InetAddress.getByName("localhost"), 7000); socket.send(packet); receiver.join();

接收到：UDP 訊息

HTTP 用戶端

早期用 |HttpURLConnection| 發 HTTP 請求非常繁瑣：要手動設定方法、開串流、讀回應、關資源。Java 11 引入的 |HttpClient| 徹底改善，API 現代且支援非同步。以下示範同步 GET、非同步 GET 與 POST JSON：

import java.net.URI; import java.net.http.HttpClient; import java.net.http.HttpRequest; import java.net.http.HttpResponse; import java.util.concurrent.CompletableFuture;

/** * Java 11 HttpClient：同步 GET、非同步 GET、POST JSON。 * HttpClient 可重複使用，建議整個應用共用一個實體。 */ public class HttpClientDemo

public static void main(String[] args) throws Exception

HttpClient client = HttpClient.newHttpClient();

// 同步 GET：send 會阻塞直到回應返回 HttpRequest get = HttpRequest.newBuilder() .uri(URI.create("https://example.com")) .GET() .build(); HttpResponse<String> resp = client.send(get, HttpResponse.BodyHandlers.ofString()); System.out.println("同步狀態碼：" + resp.statusCode());

// 非同步 GET：回傳 CompletableFuture（呼應第 4 章） CompletableFuture<Integer> future = client .sendAsync(get, HttpResponse.BodyHandlers.ofString()) .thenApply(HttpResponse::statusCode); System.out.println("非同步狀態碼：" + future.get());

// POST JSON：設定標頭與請求主體 HttpRequest post = HttpRequest.newBuilder() .uri(URI.create("https://example.com/api")) .header("Content-Type", "application/json") .POST(HttpRequest.BodyPublishers.ofString( "n̈ame:̈J̈avä")) .build(); System.out.println("已建立 POST 請求：" + post.method());

同步狀態碼：200 非同步狀態碼：200 已建立 POST 請求：POST

JDBC：Java 資料庫連接

建表與 CRUD

import java.sql.Connection; import java.sql.DriverManager; import java.sql.ResultSet; import java.sql.Statement;

/** * JDBC 基本流程：連線、建表、以 Statement 執行 DDL/DML、查詢走訪。 * try-with-resources 確保連線與 Statement 自動關閉。 */ public class JdbcCrud

public static void main(String[] args) throws Exception

String url = "jdbc:sqlite:school.db"; try (Connection conn = DriverManager.getConnection(url); Statement stmt = conn.createStatement())

// 建表（若不存在） stmt.execute("CREATE TABLE IF NOT EXISTS student (" + "id INTEGER PRIMARY KEY, name TEXT, score INTEGER)"); // 清空舊資料以利重複執行 stmt.execute("DELETE FROM student"); // 新增資料 stmt.executeUpdate( "INSERT INTO student VALUES (1, ’Alice’, 90)"); stmt.executeUpdate( "INSERT INTO student VALUES (2, ’Bob’, 75)");

// 查詢並走訪結果集 ResultSet rs = stmt.executeQuery( "SELECT id, name, score FROM student ORDER BY id"); while (rs.next()) // 逐列前進 System.out.printf(" rs.getInt("id"), rs.getString("name"), rs.getInt("score"));

1 | Alice | 90 2 | Bob | 75

SQL 注入與 PreparedStatement

用字串拼接組 SQL 是重大的資安漏洞。假設用「使用者輸入」拼查詢，惡意輸入就能竄改語意：

/** * 反面教材：用字串拼接組 SQL。 * 當輸入是 ’ OR ’1’=’1，WHERE 條件恆真，等於繞過驗證取得全部資料。 */ public class SqlInjection public static void main(String[] args) String userInput = "’ OR ’1’=’1"; // 惡意輸入 // 危險的字串拼接 String sql = "SELECT * FROM users WHERE name = ’" + userInput + "’"; System.out.println("實際送出的 SQL："); System.out.println(sql); // 條件變成 name = ” OR ’1’=’1’，永遠成立 → 全表外洩

實際送出的 SQL： SELECT * FROM users WHERE name = ” OR ’1’=’1’

import java.sql.Connection; import java.sql.DriverManager; import java.sql.PreparedStatement; import java.sql.ResultSet;

/** * 用 PreparedStatement 參數化查詢：安全且可預編譯重用，效能更好。 * 問號 ? 是參數佔位符，用 setXxx 依序綁定實際值。 */ public class PreparedStatementDemo public static void main(String[] args) throws Exception String url = "jdbc:sqlite:school.db"; try (Connection conn = DriverManager.getConnection(url)) String sql = "SELECT name, score FROM student " + "WHERE score >= ?"; try (PreparedStatement ps = conn.prepareStatement(sql)) ps.setInt(1, 80); // 綁定第 1 個參數 ResultSet rs = ps.executeQuery(); while (rs.next()) System.out.println(rs.getString("name") + "：" + rs.getInt("score"));

Alice：90

交易管理

一組操作要嘛「全部成功」、要嘛「全部不做」，這就是交易。轉帳是經典例子：從 A 扣款與往 B 加款必須同進退，中途失敗就要回滾。JDBC 預設每條 SQL 自動提交，要手動控制交易需先關閉自動提交。

import java.sql.Connection; import java.sql.DriverManager; import java.sql.PreparedStatement;

/** * 轉帳交易：扣款與加款包在同一交易中，任一步失敗即整筆回滾。 */ public class TransferDemo

public static void main(String[] args) throws Exception String url = "jdbc:sqlite:bank.db"; try (Connection conn = DriverManager.getConnection(url)) conn.setAutoCommit(false); // 開始手動交易 try update(conn, "UPDATE account SET balance = balance - 100 " + "WHERE id = 1"); // A 扣 100 // 模擬中途失敗：若餘額不足應中止 if (isOverdrawn(conn)) throw new IllegalStateException("餘額不足"); update(conn, "UPDATE account SET balance = balance + 100 " + "WHERE id = 2"); // B 加 100 conn.commit(); // 全部成功才提交 System.out.println("轉帳成功"); catch (Exception e) conn.rollback(); // 失敗則回滾 System.out.println("轉帳失敗已回滾：" + e.getMessage());

static void update(Connection conn, String sql) throws Exception try (PreparedStatement ps = conn.prepareStatement(sql)) ps.executeUpdate();

/** 示意：檢查是否透支（此處固定回傳 false 讓交易成功） */ static boolean isOverdrawn(Connection conn) return false;

轉帳成功（若中途拋例外，會印出「轉帳失敗已回滾」，且兩帳戶餘額不變）

批次處理與 DAO 模式

大量寫入時，逐條執行會來回資料庫很多次。用 |addBatch| 累積、 |executeBatch| 一次送出，能大幅減少往返、提升效能。而在架構上，我們不會把 SQL 灑滿業務程式，而是用 DAO 模式（Data Access Object）把資料存取邏輯集中到專門的類別，對上層只暴露乾淨的介面——這呼應中級篇的 Repository 概念。

import java.sql.Connection; import java.sql.PreparedStatement; import java.util.List;

/** * DAO 模式：把資料存取封裝在專門類別，對上層暴露乾淨方法。 * saveAll 用批次一次寫入多筆，減少資料庫往返。 */ public class StudentDao

record Student(int id, String name, int score)

/** DAO 介面：上層只依賴這個抽象 */ interface Dao void saveAll(List<Student> students) throws Exception;

/** JDBC 實作 */ static class JdbcStudentDao implements Dao

private final Connection conn; JdbcStudentDao(Connection conn) this.conn = conn;

@Override public void saveAll(List<Student> students) throws Exception String sql = "INSERT INTO student VALUES (?, ?, ?)"; try (PreparedStatement ps = conn.prepareStatement(sql)) for (Student s : students) ps.setInt(1, s.id()); ps.setString(2, s.name()); ps.setInt(3, s.score()); ps.addBatch(); // 累積一筆 int[] result = ps.executeBatch(); // 一次送出全部 System.out.println("批次寫入 " + result.length + " 筆");

批次寫入 3 筆

每次操作都 |DriverManager.getConnection| 建立新連線非常昂貴（TCP 交握、認證、資源配置）。正式系統一律用連線池：預先建立一批連線重複使用，用完歸還而非關閉。業界最主流的是 |HikariCP|（Spring Boot 的預設），以輕量與高效著稱。連線池與第 4 章的執行緒池是同一種「資源池化」思想的體現。

本章小結

IP 標定主機、埠號標定程式；TCP 可靠有序需交握，UDP 無連線但低延遲。
|ServerSocket.accept| 阻塞等待連線；用 Socket 的輸入輸出串流讀寫資料。
單執行緒伺服器一次只能服務一人；用執行緒池（或虛擬執行緒）可同時服務多個連線。
群聊伺服器需以執行緒安全的集合維護連線清單並廣播。
Java 11 |HttpClient| 提供現代的同步與非同步 HTTP API，非同步版回傳 |CompletableFuture|。
JDBC 四大角色：|DriverManager|、|Connection|、 |PreparedStatement|、|ResultSet|。
字串拼接 SQL 會招致注入攻擊；一律用 |PreparedStatement| 參數化查詢，兼顧安全與效能。
交易用 |setAutoCommit(false)| + |commit|/|rollback| 確保一致；批次用 |addBatch|/|executeBatch| 提效。
DAO 模式集中資料存取邏輯；連線池（如 HikariCP）避免重複建立連線的開銷。

本章練習

觀念題：為什麼單執行緒的 Socket 伺服器一次只能服務一個用戶端？執行緒池如何解決？（提示：想想 |accept| 之後主執行緒在做什麼。）
觀念題：|PreparedStatement| 為何能防止 SQL 注入？它相較字串拼接還有什麼效能優勢？（提示：關鍵在「預編譯」與「參數只當資料」。）
實作題：擴充回聲伺服器，當收到 |bye| 時主動關閉該連線並印出「用戶端離線」。（提示：在讀迴圈內判斷內容後 |break|。）
實作題：用 |HttpClient| 對某公開 API 發出非同步 GET，取得回應後印出前 100 個字元。（提示：|sendAsync| 後接 |thenApply|。）
實作題：用 JDBC 與 SQLite 建立 |product| 表，實作完整 CRUD，全部查詢改用 |PreparedStatement|。（提示：更新與刪除用 |executeUpdate|。）
實作題：寫一個轉帳交易，故意在扣款後拋出例外，驗證回滾後兩個帳戶的餘額都沒有變動。（提示：|catch| 內呼叫 |rollback|，事後查詢餘額確認。）

網路程式設計與 JDBC

網路基礎速覽

TCP Socket 程式設計

從單執行緒到執行緒池伺服器

群聊伺服器實戰

UDP 收發

HTTP 用戶端

JDBC：Java 資料庫連接

建表與 CRUD

SQL 注入與 PreparedStatement

交易管理

批次處理與 DAO 模式

本章小結

本章練習

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