核心概念与架构

在开始之前,我们先理解几个基本概念：

1. 客户端：指你的 Android App，它的职责是：

   • 向服务器发起请求。
   • 接收服务器返回的数据。
   • 将数据解析成 App 可以使用的对象（如 Java/Kotlin 对象）。
   • 将用户操作和输入封装成请求发送给服务器。

2. 服务器：通常指一个 Web 服务器，上面运行着后端应用程序，它的职责是：

   • 接收客户端的请求。
   • 进行业务逻辑处理（如数据库查询、计算等）。
   • 将处理结果格式化后返回给客户端。

3. 通信协议：客户端和服务器之间“对话”的语言，目前最主流的是 HTTP/HTTPS。

4. 数据格式：客户端和服务器之间交换数据的“语法”，常见格式有：

   
   （图片来源网络，侵删）
   • JSON (JavaScript Object Notation)：轻量级、易于人阅读和编写，也易于机器解析和生成，是目前最主流的选择。
   • XML (eXtensible Markup Language)：曾经非常流行，但现在逐渐被 JSON 替代，因为它更冗重。
   • Protocol Buffers / gRPC：由 Google 提出，性能更高、更高效，适用于对性能和带宽有极高要求的场景。

5. 网络请求库：直接使用 Java 的 HttpURLConnection 或 Android 的 HttpClient 是非常繁琐和底层的，开发者通常会使用第三方库来简化网络请求，这些库封装了复杂的细节，提供了更简洁的 API。

主流的通信方案（从简单到复杂）

HTTP + JSON + OkHttp + Retrofit (最主流、推荐)

这是目前 Android 开发领域的事实标准，它是一个组合拳，各司其职，非常强大。

• OkHttp：一个高效的 HTTP 客户端，它负责底层的网络连接、线程管理、缓存、拦截器等，Retrofit 内部就是基于 OkHttp 来执行网络请求的。
• Retrofit：一个类型安全的 HTTP 客户端，它将 HTTP API 转换成一个 Java/Kotlin 接口，通过注解来描述请求参数、URL、方法等，你只需要定义接口，Retrofit 就会帮你实现它，并返回一个对象。

工作流程：

1. 定义 API 接口：使用 Retrofit 的注解定义你的网络请求。

   interface ApiService {
       @GET("users/{id}")
       suspend fun getUser(@Path("id") userId: String): Response<User> // 使用协程和 Flow
   }

2. 创建 Retrofit 实例：

   val retrofit = Retrofit.Builder()
       .baseUrl("https://api.example.com/")
       .addConverterFactory(GsonConverterFactory.create()) // 用于 JSON 解析
       .build()

3. 生成接口实现：

   val apiService = retrofit.create(ApiService::class.java)

4. 发起请求：

   // 在协程中调用
   lifecycleScope.launch {
       try {
           val response = apiService.getUser("123")
           if (response.isSuccessful) {
               val user = response.body()
               // 更新 UI
           } else {
               // 处理错误
           }
       } catch (e: Exception) {
           // 处理网络异常等
       }
   }

优点：

• 类型安全：编译时就能检查出 URL、参数等错误。
• 代码简洁：将网络请求逻辑与业务逻辑分离，代码非常清晰。
• 功能强大：支持同步/异步请求、拦截器、RxJava/Flow/协程等。
• 社区活跃：文档完善，问题解决方案多。

WebSocket (实时双向通信)

当你需要服务器能主动向客户端推送数据时,WebSocket 是最佳选择，聊天应用、实时股票行情、在线游戏等。

• 特点：建立一个长连接，客户端和服务器可以随时互相发送消息，而无需客户端轮询。

实现方式： 可以使用 OkHttp 自带的 WebSocket API，或者更高级的库如 AndroidAsync 或 Socket.IO (Node.js 生态常用)。

工作流程：

1. 客户端向服务器发起 WebSocket 连接握手。
2. 握手成功后,建立一个持久连接。
3. 客户端通过 send() 方法发送消息。
4. 客户端通过重写 onMessage() 方法接收服务器的推送消息。
5. 当不再需要时,关闭连接。

MQTT (物联网领域的轻量级消息协议)

MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) 是一种基于发布/订阅模式的“轻量级”消息协议，非常适合物联网、移动设备等网络带宽有限或不可靠的场景。

• 特点：极低开销、低带宽、支持 QoS (服务质量) 等级，有一个中心化的 Broker (代理服务器)。

工作流程：

1. 设备（客户端）连接到 MQTT Broker。
2. 设备可以“订阅”（Subscribe）一个或多个“主题”（Topic）。
3. 任何设备都可以向某个“主题”“发布”（Publish）消息。
4. Broker 会将消息转发给所有订阅了该主题的设备。

实现库：Eclipse Paho, HiveMQ MQTT Client

完整通信流程详解

我们以最主流的 HTTP + Retrofit 为例，走一遍完整的流程。

服务器端 (假设是 RESTful API)

• 设计 API 接口：定义好 URL、HTTP 方法、请求参数、返回数据格式。

  • 获取用户信息：GET /api/v1/users/{id}，返回 JSON 格式的用户数据。
  • 登录：POST /api/v1/login，请求体是 { "username": "...", "password": "..." }，返回 Token。

• 后端实现：使用 Node.js (Express), Java (Spring Boot), Python (Django/Flask) 等技术栈实现上述接口，并处理数据库交互。

Android 客户端

第一步：添加依赖

在 app/build.gradle.kts (或 build.gradle) 文件中添加：

// OkHttp 和 Retrofit
implementation("com.squareup.okhttp3:okhttp:4.12.0")
implementation("com.squareup.retrofit2:retrofit:2.9.0")
implementation("com.squareup.retrofit2:converter-gson:2.9.0") // JSON 转换器
// 协程支持 (推荐)
implementation("org.jetbrains.kotlinx:kotlinx-coroutines-android:1.7.3")

第二步：添加网络权限

在 app/src/main/AndroidManifest.xml 中：

<uses-permission android:name="android.permission.INTERNET" />
<application ...>
    ...
</application>

注意：从 Android 9 (API 28) 开始，默认禁止 HTTP (明文) 流量，只允许 HTTPS，如果你的服务器是 HTTP，需要在 application 标签下添加： android:usesCleartextTraffic="true"

第三步：创建数据模型

根据服务器返回的 JSON 结构，创建对应的 Kotlin 数据类。

// User.kt
data class User(
    val id: String,
    val name: String,
    val email: String
)

第四步：定义 API 接口

interface ApiService {
    @GET("users/{id}")
    suspend fun getUser(@Path("id") userId: String): Response<User>
}

第五步：创建 Retrofit 单例

object RetrofitClient {
    private const val BASE_URL = "https://api.example.com/"
    val instance: ApiService by lazy {
        val retrofit = Retrofit.Builder()
            .baseUrl(BASE_URL)
            .addConverterFactory(GsonConverterFactory.create())
            .client(OkHttpClient.Builder().build()) // 可以在这里添加拦截器
            .build()
        retrofit.create(ApiService::class.java)
    }
}

第六步：在 ViewModel 或 Activity/Fragment 中发起请求

// 在 ViewModel 中使用协程发起请求
class UserViewModel : ViewModel() {
    private val _user = MutableLiveData<User>()
    val user: LiveData<User> = _user
    fun fetchUser(userId: String) {
        viewModelScope.launch { // viewModelScope 会在 ViewModel 销毁时自动取消协程
            try {
                val response = RetrofitClient.instance.getUser(userId)
                if (response.isSuccessful) {
                    _user.postValue(response.body())
                } else {
                    // 处理 API 返回的错误，如 404, 500
                    Log.e("UserViewModel", "Error: ${response.code()}")
                }
            } catch (e: Exception) {