UDP数据报套接字编程入门

1.TCP和UDP的特点及区别

1.1TCP的特点

1.2UDP的特点

1.3区别

2.UDP Socket的api的介绍

2.1DatagramSocket API

2.2DatagramPacket API

3.回显客户端与服务器

3.1回显服务器

3.1.1UdpEchoServer类的创建

3.1.2服务器的运行方法start()

3.1.3main部分

3.1.4.完整代码

3.2回显客户端

3.2.1UdpEchoClient类的创建

3.2.2客户端的运行方法start()

3.2.3main部分

3.2.4 完整代码

1.TCP和UDP的特点及区别

想要进行网络编程，都需要使用到系统的API。本质上都是传输层提供的。传输层涉及到的协议主要有两个。TCP和UDP，他俩的api差异很大。

TCP和UDP都是Socket套接字针对的传输层协议划。

Socket 套接字，是由系统提供用于网络通信的技术，是基于 TCP/IP 协议的网络通信的基本操作单元。基于Socket 套接字的网络程序开发就是网络编程

1.1TCP的特点

流套接字 ：使用传输层 TCP 协议

以下为TCP的特点

1.有连接

2.可靠传输

3.面向字节流

4.有接收缓冲区，也有发送缓冲区

5.大小不限

对于字节流来说，可以简单的理解为，传输数据是基于 IO 流，流式数据的特征就是在 IO 流没有关闭的情况下，是无边界的数据，可以多次发送，也可以分开多次接收。

1.2UDP的特点

数据报套接字：使用传输层UDP协议

以下为UDP的特点

1.无连接

2.不可靠传输

3.面向数据报

4.有接收缓冲区，无发送缓冲区

5.大小受限：一次最多传输 64k

1.3区别

（1）有/无连接

网络中谈到的连接，本质上是通信双方各自保存双方信息。

有连接是通信双方都要同意。如：微信发电话。

无连接是收方无论是否同意，都会收到信息。如：微信发消息。

（2）可/不可靠传输

由于网络上存在的异常情况非常的多，无法保证网络数据100%通信成功。

可靠传输是指发送方知道自己发送的信息是否成功送达。反之不知道则是不可靠传输

（3）面向数据报/字节流

指的是网络中传输的基本单位是数据报/字节流。

2.UDP Socket的api的介绍

2.1DatagramSocket API

DatagramSocket 是UDP Socket，用于发送和接收UDP数据报。

socket 文件抽象了“网卡”这样的硬件设备。

（1）DatagramSocket 构造方法：

（2）DatagramSocket 方法：

2.2DatagramPacket API

DatagramPacket是UDP Socket发送和接收的数据报。

（1）DatagramPacket 构造方法：

（2）DatagramPacket 方法：

构造UDP发送的数据报时，需要传入 SocketAddress ，该对象可以使用 InetSocketAddress 来创建。

InetSocketAddress API

InetSocketAddress （ SocketAddress 的子类）构造方法：

3.回显客户端与服务器

什么叫回显客户端与与服务器呢？

其实就是：客户端向服务端发送请求，一般来说我们的服务端会对我们发送的请求进行处理，我们这里为了简单，就省略里面的处理过程，只实现将请求重新发回客户端，不做任何处理。

3.1回显服务器

3.1.1UdpEchoServer类的创建

1.需要创建一个DatagramSocket对象，因为需要操作网卡。

代码：

public class UdpEchoServer {
    private DatagramSocket socket=null;

    public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {
        socket=new DatagramSocket(port);
    }
}

代码说明：

（1）socket=new DatagramSocket(port);

在运行一个服务器的时候，通常会手动指定一个端口号。

补：一个主机上的端口号，只能被一个进程绑定，但一个进程可以绑定多个端口号。

（2）throws SocketException

通常表示socket创建失败。

比如：端口号已经被别的进程占用了。

3.1.2服务器的运行方法start()

工作内容：

1. 读取请求并解析

2. 根据请求计算响应 (对于回显服务器来说, 这一步啥都不用做)

3. 把响应返回到客户端.

4.打印日志

代码：

import java.io.IOException;
import java.net.*;


public class UdpEchoServer {
    private DatagramSocket socket = null;

    public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {
        socket = new DatagramSocket(port);
    }

    public void start() throws IOException {
        System.out.println("服务器启动");
        while (true) {
            DatagramPacket requestpacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);
            socket.receive(requestpacket);
            String request = new String(requestpacket.getData(), 0, requestpacket.getLength());
            String response = process(request);
            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, resp: %s\n", requestpacket.getAddress().toString(),
                    requestpacket.getPort(), request, response);
        }
    }

    private String process(String request) {
        return request;
    }
}

代码说明：

1. while (true) {~~~}

对于服务器来说，需要不停的收到请求，返回响应，收到请求，返回响应

2. DatagramPacket requestpacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);

（1）byte[4096]->4096 表示的是载荷长度。

这个数组存的是消息正文（应用层数据包）也就是UDP数据包载荷部分。

（2） socket.receive(requestpacket);

如果执行到socket.receive(requestpacket)的时候，还没有客户端发来请求，则会先堵塞等待。

（3 ）requestpacket.getSocketAddress()

由于requestpacket是从客户端来的数据报，故得到的InetAddress对象就会包含了客户端的IP和端口号。

3.1.3main部分

代码：

public static void main(String[] args) throws IOException {
        UdpEchoServer server = new UdpEchoServer(9090);
        server.start();
    }

代码说明：

UdpEchoServer server = new UdpEchoServer(9090);

9090->这个端口号可以指定任何你想要指定的端口号。

3.1.4.完整代码

代码：

package network;

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketException;
import java.nio.charset.StandardCharsets;

public class UdpEchoServer {
    private DatagramSocket socket = null;

    public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {
        socket = new DatagramSocket(port);
    }

    // 服务器的启动逻辑.
    public void start() throws IOException {
        System.out.println("服务器启动!");
        while (true) {
            // 每次循环, 就是处理一个请求-响应过程.
            // 1. 读取请求并解析
            DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);
            socket.receive(requestPacket);
            // 读到的字节数组, 转成 String 方便后续的逻辑处理.
            String request = new String(requestPacket.getData(), 0, requestPacket.getLength());
            // 2. 根据请求计算响应 (对于 回显服务器来说, 这一步啥都不用做)
            String response = process(request);
            // 3. 把响应返回到客户端.
            //    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, resp: %s\n", requestPacket.getAddress().toString(),
                    requestPacket.getPort(), request, response);
        }
    }

    public String process(String request) {
        return request;
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        UdpEchoServer server = new UdpEchoServer(9090);
        server.start();
    }
}

3.2回显客户端

3.2.1UdpEchoClient类的创建

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.socket = new DatagramSocket();
        this.serverIp = serverIp;
        this.serverPort = serverPort;
    }
}

代码说明：

（1）this.socket = new DatagramSocket();

客户端这边一般不会手动指定端口好，会让系统自动分配一个端口号。

（2）private String serverIp;
private int serverPort;

客户端需要主动给服务器发送请求，发送请求的前提是知道服务器在哪。

3.2.2客户端的运行方法start()

工作内容：

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. 把响应显示到控制台上

代码：

 public void start() throws IOException {
        System.out.println("客户端启动");
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        while (true){
            System.out.print("->");
            if(!scanner.hasNext()){
                break;
            }
            String request=scanner.next();
            DatagramPacket requestpacket=new DatagramPacket(request.getBytes(),request.getBytes().length, InetAddress.getByName(serverIp),serverPort);
            socket.send(requestpacket);
            DatagramPacket responsepacket=new DatagramPacket(new byte[4096],4096);
            socket.receive(responsepacket);
            String response=new String(responsepacket.getData(),0,responsepacket.getLength());
            System.out.println(response);
        }
    }

代码说明：

InetAddress.getByName(serverIp)

把数据的单位从字符->字节。

3.2.3main部分

代码：

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        UdpEchoClient client = new UdpEchoClient("127.0.0.1", 9090);
        client.start();
    }

3.2.4 完整代码

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;


    // 此处 ip 使用的字符串, 点分十进制风格. "192.168.2.100"
    public UdpEchoClient(String serverIp, int serverPort) throws SocketException {
        this.serverIp = serverIp;
        this.serverPort = serverPort;
        socket = new DatagramSocket();
    }

    public void start() throws IOException {
        System.out.println("客户端启动");
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        while (true) {
            // 要做四个事情
            System.out.print("-> "); // 表示提示用户接下来要输入内容.
            // 1. 从控制台读取要发送的请求数据.
            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(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. 把响应显示到控制台上.
            String response = new String(responsePacket.getData(), 0, responsePacket.getLength());
            System.out.println(response);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        UdpEchoClient client = new UdpEchoClient("127.0.0.1", 9090);
        // UdpEchoClient client = new UdpEchoClient("139.155.74.81", 9090);
        client.start();
    }
}

运行结果：