UDP数据报套接字编程

DatagramSocket API

DatagramSocket，是UDP Socket，用于发送和收 UDP 数据报。使用这个类，表示一个 socket 对象。一个 socket 对象只能跟一台主机进行通信。在操作系统中，把这个 socket 对象当成一个文件来处理的，相当于是文件描述符表上的一项(操作系统操作网卡，是把网卡抽象成了特殊的文件，称为 socket 文件)。

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，随机分配一个空闲端口（一般用于客户端）

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）

普通方法：

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

此处传入的 DatagramPacket p 相当于是一个空的对象。receive 方法内部会对这个空对象进行内容填充，从而构造出结果数据。这个参数是一个“输出型参数”。

DatagramPacket API

DatagramPacket 是UDP Socket 发送和接收的数据报。表示 UDP 中传输的一个报文，构造这个对象，可以指定一个字节数组，作为持有数据的缓冲区。

构造方法：

方法签名

方法说明

DatagramPacket(byte[] buf, int length)

构造一个DatagramPacket以用来接收数据报，接收的数据保存在字节数组（第一个参数buf）中，接收指定长度（第二个参数length）

DatagramPacket(byte[] buf, int offset, int length, SocketAddress address)

构造一个DatagramPacket以用来发送数据报，发送的数据为字节数组（第一个参数buf）中，从0到指定长度（第二个参数

length）。address指定目的主机的IP和端口号

普通方法：

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

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：

方法签名	方法说明
InetSocketAddress(InetAddress addr, int port)	创建一个Socket地址，包含IP地址和端口号

示例一：回显服务器（请求什么就响应什么）

一个普通的服务器包括：收到请求，根据请求计算响应（业务逻辑），返回响应。这里就直接省略了业务逻辑。以下为一个客户端一次数据发送，和服务端多次数据接收（一次发送一次接收，可以接收多次），即只有客户端请求，但没有服务端响应的示例：

UDP服务器端

服务器的工作流程：

1. 读取请求并解析

2. 根据请求计算响应

3. 构造响应并写回给客户端

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketException;// UDP 版本的回显服务器
public class UdpEchoServer {// 网络编程, 本质上是要操作网卡.// 但是网卡不方便直接操作. 在操作系统内核中, 使用了一种特殊的叫做 "socket" 这样的文件来抽象表示网卡.// 因此进行网络通信, 势必需要先有一个 socket 对象.private DatagramSocket socket = null;// 对于服务器来说, 创建 socket 对象的同时, 要让他绑定上一个具体的端口号.// 服务器一定要关联上一个具体的端口的!!!// 服务器是网络传输中, 被动的一方. 如果是操作系统随机分配的端口, 此时客户端就不知道这个端口是啥了, 也就无法进行通信了!!!public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {socket = new DatagramSocket(port);}public void start() throws IOException {System.out.println("服务器启动!");// 服务器不是只给一个客户端提供服务就完了. 需要服务很多客户端.while (true) {// 只要有客户端过来, 就可以提供服务.// 1. 读取客户端发来的请求是啥.//    receive 方法的参数是一个输出型参数, 需要先构造好个空白的 DatagramPacket 对象. 交给 receive 来进行填充.DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);   //   客户在空白纸条上写着要吃东北大饼socket.receive(requestPacket);   //  客户让商家做大饼// 此时这个 DatagramPacket 是一个特殊的对象, 并不方便直接进行处理. 可以把这里包含的数据拿出来, 构造成一个字符串.String request = new String(requestPacket.getData(), 0, requestPacket.getLength());// 2. 根据请求计算响应, 由于此处是回显服务器, 响应和请求相同.String response = process(request);   //   商家做好了// 3. 把响应写回到客户端. send 的参数也是 DatagramPacket. 需要把这个 Packet 对象构造好.//    此处构造的响应对象, 不能是用空的字节数组构造了, 而是要使用响应数据来构造.DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(), response.getBytes().length,requestPacket.getSocketAddress());   //DatagramPacket 这个只认字节，因此必须得response.getBytes() 再获取长度socket.send(responsePacket);   //商家把大病给客户// 4. 打印一下, 当前这次请求响应的处理中间结果.System.out.printf("[%s:%d] request: %s; response: %s\n", requestPacket.getAddress().toString(),requestPacket.getPort(), request, response);}}// 这个方法就表示 "根据请求计算响应"public String process(String request) {return request;}public static void main(String[] args) throws IOException {// 端口号的指定, 大家可以随便指定.// 1024 -> 65535 这个范围里随便挑个数字就行了.UdpEchoServer server = new UdpEchoServer(6666);server.start();}
}

此处的 while(true) 没有跳出条件，就是死循环的，因为作为服务器要时时刻刻都要提供服务，防止什么时候有请求过来。

UDP客户端

服务器的端口是要固定指定的：目的是为了方便客户端找到服务器程序。

客户端的端口是由系统自动分配的：如果手动指定，可能会和客户端其他程序的端口有冲突。服务器不怕冲突是因为服务器上面的程序可控，通过命令能看到哪些端口是空闲的；客户端是运行在客户电脑上的，不确定性太大。

import java.io.IOException;
import java.net.*;
import java.util.Scanner;// UDP 版本的 回显客户端
public class UdpEchoClient {private DatagramSocket socket = null;private String serverIp = null;private int serverPort = 0;// 一次通信, 需要有两个 ip, 两个端口.// 客户端的 ip 是 127.0.0.1 已知.// 客户端的 port 是系统自动分配的.// 服务器 ip 和 端口 也需要告诉客户端. 才能顺利把消息发个服务器.public UdpEchoClient(String serverIp, int serverPort) throws SocketException {socket = new DatagramSocket();this.serverIp = serverIp;this.serverPort = serverPort;}public void start() throws IOException {System.out.println("客户端启动!");Scanner scanner = new Scanner(System.in);while (true) {// 1. 从控制台读取要发送的数据System.out.print("> ");String request = scanner.next();if (request.equals("exit")) {System.out.println("goodbye");break;}// 2. 构造成 UDP 请求, 并发送//    构造这个 Packet 的时候, 需要把 serverIp 和 port 都传入过来. 但是此处 IP 地址需要填写的是一个 32位的整数形式.//    上述的 IP 地址是一个字符串. 需要使用 InetAddress.getByName 来进行一个转换.DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(), request.getBytes().length,InetAddress.getByName(serverIp), serverPort);socket.send(requestPacket);// 3. 读取服务器的 UDP 响应, 并解析DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);socket.receive(responsePacket);String response = new String(responsePacket.getData(), 0, responsePacket.getLength());// 4. 把解析好的结果显示出来.System.out.println(response);}}public static void main(String[] args) throws IOException {UdpEchoClient client = new UdpEchoClient("127.0.0.1", 6666);client.start();}
}

客户端启动后会发送一个"hello" 的字符串到服务端，在服务端接收后，控制台输出内容如下：这里的 IP 是环回 IP，这里的端口号是随机分配的。

如果想要开启多个客户端可以在这里设置：

示例二：查字典服务器

UDP服务器端

import java.io.IOException;
import java.net.SocketException;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;// 对于 DictServer 来说, 和 EchoServer 相比, 大部分的东西都是一样的.
// 主要是 "根据请求计算相应" 这个步骤不太一样.
public class UdpDictServer extends UdpEchoServer {private Map<String, String> dict = new HashMap<>();public UdpDictServer(int port) throws SocketException {super(port);// 给这个 dict 设置内容dict.put("cat", "猫咪");dict.put("dog", "狗子");dict.put("duck", "鸭子");// 当然, 这里可以无限多的设置键值对.....}@Overridepublic String process(String request) {// 查词典的过程.return dict.getOrDefault(request, "当前单词没有查到结果!");}public static void main(String[] args) throws IOException {UdpDictServer server = new UdpDictServer(6666);server.start();}
}

这里的操作主要是直接复用了之前的 EchoServer 的代码，直接重写 process 即可。