【Java】面向UDP接口的网络编程

一. 基本通信模型

• UDP协议是面向数据报的，因此此处要构建数据报(Datagram)在进行发送。

二. API

DatagramSocket

DatagramSocket 是UDP Socket，⽤于发送和接收UDP数据报。
DatagramSocket 构造⽅法：

⽅法签名	⽅法说明
DatagramSocket()	创建⼀个UDP数据报套接字的Socket，绑定到本机任意⼀个随机端⼝（⼀般⽤于客⼾端）
DatagramSocket(int port)	创建⼀个UDP数据报套接字的Socket，绑定到本机指定的端⼝（⼀般⽤于服务端）

DatagramSocket ⽅法：

⽅法签名	⽅法说明
void receive(DatagramPacket p)	从此套接字接收数据报（如果没有接收到数据报，该⽅法会阻塞等待）
void send(DatagramPacket p)	从此套接字发送数据报包（不会阻塞等待，直接发送）
void close()	关闭此数据报套接字

DatagramPacket

DatagramPacket是UDP Socket发送和接收的数据报。
DatagramPacket 构造⽅法：

⽅法签名	⽅法说明
DatagramPacket(byte[] buf, int length)	构造 DatagramPacket用于接收长度为 length数据包。
DatagramPacket(byte[] buf,int length, SocketAddress address)	构造数据报包，用于将长度为 length的数据包发送到指定主机上的指定端口号。address指定⽬的主机的IP和端⼝号
DatagramPacket​(byte[] buf, int length, InetAddress address, int port)	构造一个数据报包，用于将长度为 length的数据包发送到指定主机上的指定端口号。

DatagramPacket ⽅法：

⽅法签名	⽅法说明
InetAddress.getAddress()	从接收的数据报中，获取发送端主机IP地址；或从发送的数据报中，获取接收端主机IP地址
int getPort()	从接收的数据报中，获取发送端主机的端⼝号；或从发送的数据报中，获取接收端主机端⼝号
byte[] getData()	获取数据报中的数据

三. 回显服务器/客户端示例

服务器

服务器端往往需要经历三个步骤：

1. 读取客户端发来的请求并解析

//没有请求在receive处阻塞等待DatagramPacket requestPacket=new DatagramPacket(new byte[4096],4096);socket.receive(requestPacket);//读取到的字节数组转成String，方便后的逻续辑处理//getLength（）得到的是有效长度String request=new String(requestPacket.getData(),0,requestPacket.getLength());

此处构造一个DatagramPacket用来接收请求，如果没有请求，则进入阻塞等待状态。

2. 根据请求计算响应

String response=process(request);

根据不同的业务场景，来设计不同的计算过程，可以将计算过程单独写一个方法：

//根据不同的需求，设计不同的计算处理
//此处只是将请求返回，来观察通信过程
public String process(String request) {return request;
}

3. 把响应返回给客户端

//构造一个 DatagramPacket 作为响应对象
DatagramPacket responsePacket=new DatagramPacket(response.getBytes(),response.getBytes().length,requestPacket.getSocketAddress());
socket.send(responsePacket);

4. [可选]打印日志

System.out.printf("[%s:%d] req:%s, rsep:%s\n",requestPacket.getAddress().toString(),requestPacket.getPort(),request,response);

完整代码：

import java.io.IOException;
import java.net.*;public class UdpEchoServer {//socket为网卡private DatagramSocket socket=null;public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {socket=new DatagramSocket(port);}//服务器启动逻辑public void start() throws IOException {System.out.println("server has been started!");while(true){//循环一次，请求一个请求-响应过程//1.读取请求并解析//没有请求在receive处阻塞等待DatagramPacket requestPacket=new DatagramPacket(new byte[4096],4096);socket.receive(requestPacket);//读取到的字节数组转成String，方便后的逻续辑处理//getLength（）得到的是有效长度String request=new String(requestPacket.getData(),0,requestPacket.getLength());//2.根据请求计算响应，此处只是简单的返回请求String response=process(request);//3.把响应返回给客户端//构造一个 DatagramPacket 作为响应对象DatagramPacket responsePacket=new DatagramPacket(response.getBytes(),response.getBytes().length,requestPacket.getSocketAddress());socket.send(responsePacket);//打印日志System.out.printf("[%s:%d] req:%s, rsep:%s\n",requestPacket.getAddress().toString(),requestPacket.getPort(),request,response);}}//根据不同的需求，设计不同的计算处理public String process(String request) {return request;}public static void main(String[] args) throws IOException {UdpEchoServer server=new UdpEchoServer(10100);server.start();}
}

• 对于服务器端，往往会指定端口，便于客户端的访问。

客户端

客户端要从控制台读取客户的请求，因此需要经历四个步骤：

1. 从控制台读取要发送的请求

Scanner scanner=new Scanner(System.in);
System.out.print(">");
//1.从控制台读取要发送的请求
if (!scanner.hasNext()) {break;}
String request=scanner.next();

2. 构造数据报并发送

DatagramPacket requestPacket=new DatagramPacket(request.getBytes(),request.getBytes().length,InetAddress.getByName(serverIP),serverPort);
socket.send(requestPacket);

此处的serverIP和serverPort在构造方法处得到，这也是为什么我们要给服务器写一个指定的端口。

3. 读取服务器的响应

DatagramPacket responsePacket=new DatagramPacket(new byte[4096],4096);
socket.receive(responsePacket);

4. 把响应打印在控制台上

String response =new String(responsePacket.getData(),0,responsePacket.getLength());
System.out.println(response);

完整代码：

import java.io.IOException;
import java.net.*;
import java.util.Scanner;public class UdpEchoClient{private DatagramSocket socket=null;private String serverIP;private int serverPort;public UdpEchoClient(String serverIP,int serverPort) throws SocketException {this.serverIP=serverIP;this.serverPort=serverPort;//客户端随机分配端口socket=new DatagramSocket();}public void start() throws IOException {System.out.println("client has been started!");Scanner scanner=new Scanner(System.in);while(true) {System.out.print(">");//1.从控制台读取要发送的请求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(serverIP),serverPort);socket.send(requestPacket);//3.读取服务器的响应DatagramPacket responsePacket=new DatagramPacket(new byte[4096],4096);socket.receive(responsePacket);//4.把响应打印在控制台上String response =new String(responsePacket.getData(),0,responsePacket.getLength());System.out.println(response);}}public static void main(String[] args) throws IOException {//环回IPUdpEchoClient client=new UdpEchoClient("127.0.0.1",10100);client.start();}
}

• 客户端是不需要指定端口的，是因为：指定的端口有可能被占用，且客户端往往由客户使用(不一定懂代码)。
• "127.0.0.1"是回显地址，即本机地址。

总结

构造DatagramPacket的三种方法的使用场景：

⽅法签名	⽅法说明
DatagramPacket(byte[] buf, int length)	构造 DatagramPacket用于接收长度为 length数据包。
DatagramPacket(byte[] buf,int length, SocketAddress address)	构造数据报包，用于将长度为 length的数据包发送到指定主机上的指定端口号。address指定⽬的主机的IP和端⼝号
DatagramPacket​(byte[] buf, int length, InetAddress address, int port)	构造一个数据报包，用于将长度为 length的数据包发送到指定主机上的指定端口号。

1. 第一种常用于服务器接收请求/客户端接收响应
2. 第二种常用于服务器构造响应的数据报（由于接收了客户端的请求，可以读取到客户端的IP和端口号）
3. 第三种常用于客户端构造请求的数据报（需要自行输入服务器的IP和端口号）

运行时，要先运行服务器，再运行客户端：