Java网络编程API 1

Java中的网络编程API一共有两套：一套是UDP协议使用的API；另一套是TCP协议使用的API。这篇文章我们先来介绍UDP版本的API，并尝试来写一个回显服务器（接收到的请求是什么，返回的响应就是什么）。

UDP数据报套接字编程

API介绍

DatagramSocket

DatagramSocket是UDPSocket，用于发送和接收UDP数据报，就相当于网卡的作用。

DatagramSocket的构造方法：

DaragramSocket方法：DatagramPacket

DatagramPacket是UDPSocket发送和接收的数据报。

DatagramPacket构造方法：

 DatagramPacket方法：

 构造UDP发送数据报的时候，需要传入SocketAddress（要发送信息的地址）。

补充：

UDPSocket中API的使用，是Java把操作系统中的原生API进行了一层封装。

其中最核心的类就是上面两个，DatagramSocket和DatagramPacket。

DatagramSocket：操作系统中有一类文件，就叫做socket（文件普通文件和目录文件都是存放在硬盘上的，socket文件，就抽象地表示了“网卡”这样的硬件设备，进行网络通信最核心的硬件设备就是网卡（通过网卡发送数据，就相当于写socket文件；通过网卡接收数据，就相当于读socket文件）。

DatagramPacket：UDP面向的是数据报，每次发送、接收数据的基本单位，就是一个UDP数据报，而DatagramPacket就表示了一份UDP数据报。

下面我们通过写一个回显服务器，来认识这些API的使用，并且了解在实际开发中，服务器需要做哪些事情，客户端需要做哪些事情。

回显服务器

回显服务器：客户端发什么请求，服务器就返回什么响应。（并没有什么业务逻辑，实际开发中，我们要返回什么响应是要根据业务逻辑来的）。

服务器端

第一步，先创建DatagramSocket对象，并且通过构造方法为服务器指定一个端口号：

我们的服务器程序一启动，就需要绑定/关联上操作系统的一个端口号，端口号也是一个整数，用来区分一个主机上进行网络通信的程序（一个端口号只能绑定一个程序，反过来，一个程序能够绑定多个端口号，上面抛出的SocketException就是为了处理多个程序绑定了同一个端口号导致Socket创建不成功的情况），在创建服务器时需要我们手动指定一个端口号。

下面我们来写start方法：

对于服务器来说，需要不停地接收请求，返回响应，接收请求，返回响应。（一个服务器单位时间能处理地请求，能返回地响应越多，服务器水平越高）。

服务器往往都是7*24小时运行，因此这里地while（true）并没有退出的必要，如果我们确实向重启服务器，直接“杀”进程即可。

当然，我们这里的while（true）是非常简单粗暴的写法。实际开发中的服务器，很可能要实现“优雅退出”的效果，即确保当前正在进行的请求做完了之后再进行退出。

在start方法中，我们要完成四步工作；

1、读取请求并解析。

2、根据请求计算响应（但我们这里只是简单构造回显服务器，这一步啥也不用干）。

3、把响应返回给客户端。 

4、打印日志。

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1、读取请求并解析 

读取请求并解析的过程中，需要使用socket的receive方法：

使用receive需要传入一个输出型参数DatagramPacket对象，这个对象里有一个内置的字节数组（我们可以设置数组的最大长度），会保存我们收到的消息正文（应用层数据包，UDP数据报的载荷部分）。此外UDP报头、数据的源IP和源端口号等都会被这个DatagramPacket对象所保存。 注意：这里的receive方法是自带阻塞功能的，如果客户端没有发来请求就会阻塞等待。

我们可以将得到的字节数组，转换成String，方便后续根据请求计算响应：

基于字节数组构造出String，字节数组里面保存的内容不一定是二进制数据，也可能是文本数据，如果是文本数据，将其交给String ，也是没有问题的；如果是二进制数据，String也是可以保存的。

第一个参数中，通过requestPacket对象调用getData方法，将上面字节数组中的信息获取到，然后第二个参数表示从字节数组的0号位置，开始构造String，第三个参数，是通过requestPacket对象获取到字节数组的有效长度（如果通过最大长度构造，那么字符串后面的很大部分都会是空白）。通过这三个参数来构造我们的String对象。

补充：

receive是传输层的UDP协议提供的一个API，传输层会给每个socket对象在内核中分配一个缓冲区，每次网卡读到一个数据读到一个数据，都会层层分用，解析好之后，最后放到这个缓冲区中，应用程序调用receive本质上就是从缓冲区中拿走一个数据。

2、根据请求计算响应

因为是回显服务器，这一步我们就只需要简单return以下即可 

 3、把响应返回到客户端

要想把响应返回给客户端，这里需要使用send方法，这里面同样需要传一个DatagramPacket对象：

此时我们构造DatagramPacket时，参数又不一样了： 

第一个参数：response.getByte()是将我们刚才得到的响应（String类型）以字节数组的形式得到。

第二个参数：response.getBytes().length这里是获取字节数组的长度，以字节为单位进行计算，如果传入的参数是response.length()，此时的单位就是字符了。

第三个参数：requestPacket.getSocketAddress(),这里调用方法的的对象是requestPacket，这个对象是我们用来读取请求的，表示的是客户端来的数据报。调用getSocketAddress方法，调用这个方法，会获取到一个InetAddress对象，这个INetAddress对象，就包含了和服务器通信对应的客户端的ip和端口号（即响应的目的ip和目的端口号）。

通过上面的代码，我们也可以看出UDP是无连接的通信。UDP的DatagramSocket对象自身不保存对端的IP和端口。而是在每一份数据报中，都有一个对端的IP和端口。另外代码中也没有建立连接和接收连接的操作。

而UDP的不可靠传输，无法在代码中体现。但是UDP面向数据报的特点，可以看到，在send返回响应和receive读取请求时，都是以DatagramPacket为单位的。

4、打印日志

注意：这里的requestPacket.getAddress().toString会以点分十进制的方式输出客户端的IP地址 

再写一个main方法： 

注意：这里传入的端口号一般在1024~65535之间（但不可以和其他进程冲突），1~1024之前的端口号是系统保留自用的端口号——知名端口号（不可占用）。

完整代码： 

package UDPEcho;import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketException;
import java.nio.charset.StandardCharsets;public class UDPEchoSever {//先创建一个DatagramSocket对象private DatagramSocket socket = null;//服务启动需要绑定端口号//一个主机的一个端口只能绑定一个进程，反过来一个进程可以绑定多个端口public  UDPEchoSever(int port) throws SocketException {socket = new DatagramSocket(port);}public void  start() throws IOException {System.out.println("服务器启动！");//需要不停接收请求并返回响应while(true){//1、读取请求并解析//通过这个字节数组保存收到的消息正文（应用层数据包），也就是UDP数据报的载荷部分DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);//此处的receive就从网卡读取到了一个UDP数据报，放到requestPacket中，载荷部分就被放到requestPacket内置的字节数组中了//此处的UDP报头、源ip和端口号也会被保存socket.receive(requestPacket);//把读到的字节数组转为字符串String request = new String(requestPacket.getData(),0, requestPacket.getLength());//2、根据请求构造响应String response = process(request);//3、把响应返回给客户端//构造体格DatagramPacket作为响应对象，里面不是空白的字节数组了，而是把String里面包含的字节数组拿进来了//注意：获取长度是字节数组，单位是字节。如果直接获取字符串长度，单位是字符不一样的//requestPacket.getSocketAddress()这个对象就包含了你和服务器对应的ip和端口号DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(),response.getBytes().length,requestPacket.getSocketAddress());socket.send(responsePacket);//打印日志System.out.printf("[%s:%d],res:%s,response:%s\n",requestPacket.getAddress().toString(),requestPacket.getPort(),request,response);}}public String process(String request) {return request;}public static void main(String[] args) throws IOException {UDPEchoSever udpEchoSever = new UDPEchoSever(9090);udpEchoSever.start();}
}

客户端

编写客户端的代码，也需要创建一个DatagramSocket对象。但是此处就不必指定端口号了。 

服务器编写代码的时候需要手动指定端口号，但是在客户端这边，一般不需要手动指定，系统会自动分配一个空闲的端口号。

代码中手动指定端口号，可以保证端口号始终都是固定的，如果不手动指定，依赖系统自动分配，导致服务器每次重启之后，端口号可能就变了，一旦变了，客户端就有可能找不到这个服务器在哪里了，所以我们的服务器代码，一般要手动指定端口号。

但是客户端，端口号让系统随机分配一个空闲的即可。（主要是我们无法确保手动指定的端口号是可用的（可能被其他进程占用了））。

服务器的端口就不会被占用吗？为什么只担心客户端呢？

服务器的机器是在程序员手里的，是可控的。程序员事先编写代码之前，是能知道服务器上有哪些端口是空闲的。但是，客户端时在普通用户的机器上的，用户千千万万，上面的环境也是千差万别，天知道某个用户会装什么奇奇怪怪的程序把端口号占用，此时，我们的程序无法正常启动，用户只会怪到程序员的头上。

上面的客户端构造方法还需要，我们需要指定服务器短的ip地址和端口号。因为时客户端主动给服务器发起请求，发起请求的前提就是需要知道服务器在哪里~~~（比如说我要去餐厅吃饭，我就需要知道餐厅的位置在哪里，才能去吃饭）

此处，客户端发起请求的目的ip（severIp）和目的端口（severPort）就是客户端的ip和端口，而请求的源ip就是客户端本机的ip，源端口就是客户端本机分配的端口。

接下来，和服务器一样我们的客户端也需要实现一个start方法，在start方法中，我们也要做四件事：

1、从控制台读取要发送的请求数据

2、构造请求并发送

3、读取服务器的响应

4、把响应显示在控制台上

因为我们是要从控制台读取要发送的数据，所以需要先创建一个Scanner对象，还需要一个循环不断读取数据并发送给服务器。 

1、从控制台读取要发送的请求数据

这里的if语句是可以让用户在结束输入的时候，程序可以正确地跳出循环，避免程序一直等待用户输入。

从控制台读取数据的时候，最好使用scanner读取字符串，最好使用next而不是nextLine（如果是文件的话就无所谓了） 

如果使用nextLine读取，就需要手动输入换行符——Enter来控制。而由于Enter键不仅会产生\n这样的换行，还会产生其他字符，就可能会导致读到的内容出现问题。

而next是以"空白符"作为分隔符，包括但不限于，换行，空格，制表符……

 2、构造请求并发送

同样的socket调用send方法，同样需要传入一个DatagramPacket类型的参数。​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​

此处的Datagram参数又有所不同，第三个参数是我们当前要通信服务器的ip（注意：这里并不能传入String类型的severIP，而是需要调用InetAddress.getByName(severIP)）,第四个参数则是我们当前要通信服务器上的端口号。

3、读取服务器的响应

这里仍然是使用socket的receive方法同样参数需要传入一个DatagramPacket类型的对象，此时构造方法仍然搭配receive使用，所以构造方法只需要指空白的字节数组即可 

4、把响应显示在控制台上 

这里也需要基于DatagramPacket构造字符串，进行打印。 

主函数：

其中127.0.0.1表示的是本机的ip，9090就是我们刚才在服务器中指定的端口号

完整代码： 

package UDPEcho;import java.io.IOException;
import java.net.*;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.util.Scanner;public class UDPEchoCline {private DatagramSocket socket = null;//客户端的IPprivate String severIp;//客户端端口号private int severPort;public UDPEchoCline(String severIp,int severPort) throws SocketException {this.severIp = severIp;this.severPort = severPort;socket = new DatagramSocket();}public void start() throws IOException {System.out.println("客户端启动");Scanner scanner = new Scanner(System.in);while(true) {System.out.print("->");//1、从控制台读取要发送请求的数据if(!scanner.hasNext()){break;}String request = scanner.next();//2、构造请求并发送DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(),request.getBytes().length, InetAddress.getByName(severIp),severPort);socket.send(requestPacket);//3、读取服务器响应DatagramPacket responesePacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);socket.receive(responesePacket);//4、把响应打印到控制台上String response = new String(responesePacket.getData(),0,responesePacket.getLength());System.out.println(response);}}public static void main(String[] args) throws IOException {UDPEchoCline udpEchoCline = new UDPEchoCline("127.0.0.1",9090);udpEchoCline.start();}
}

基于DatagramPacket的补充

第一种：构造时指定空白的字节数组和字节数组的长度即可（搭配receive进行使用）：

第二种：构造的时候指定有内容的字节数组，并且通过requestPacket.getSocketAddress方法获取请求方的IP和端口号。（用于服务器向客户端返回响应）。

第三种：构造的时候指定有内容的字节数组，并且分别将数据的目的IP和端口号作为两个参数。（用于客户端向服务器发起请求）

代码演示：

注意：这里一定要先启动服务器，再启动客户端

此时，我们再客户端控制台输入，就会返回同样的值

同时，我们的服务器也会打印日志 

梳理代码 

下面是一个大致的流程图：

图文并茂讲解：

1、服务器启动之后，进入receive阻塞，等待客户端的请求。 

2、客户端在启动之后，在hasnext进入阻塞，等待用户输入。 3、用户在控制台输入之后，客户端会拿到用户输入的字符串，构造出请求，发送请求，并且在receive处等待响应返回。

4、服务器收到响应，就从receive解除阻塞，继续往下执行。 

 这里服务器执行完上述逻辑后，就会进入到下次循环中的receive的阻塞等待中，等待下一个客户端的请求过来。

5、客户端receive中返回，得到了服务器返回的响应数据，并且将数据打印在控制台上。

客户端在打印完毕之后也会进行下一次循环，等待用户再次从控制台输入信息。

补充 ：

我们可以把写好的服务器代码，放到一个云服务器上，从而实现跨主机通信。