UDP和TCP的区别、网络编程(UDP回显服务器、TCP回显服务器)

一、什么是网络编程

二、网络编程的内容概念

接受端和发送端

请求和响应

服务端和客户端

三、UDP和TCP协议的区别

四、UDP网络编程的类和函数（回显服务器）

DatagramSocket

DatagramPacket

InetSocketAddress

基于UDP的回显服务器和客户端：

UDP回显服务器

UDP回显客户端

五、TCP网络编程的类和函数（回显服务器）

ServerSocket

Socket

基于TCP的回显服务器和客户端：

TCP回显服务器

Tcp回显客户端

一、什么是网络编程

指⽹络上的主机，通过不同的进程，以编程的⽅式实现⽹络通信（或称为⽹络数据传输）。也就是客户端和服务器之间的通信。

我们如果去xx视频看电视剧，也就是发出请求（我要看这个电视剧，请服务器给我响应），然后服务器就会给你这个视频的地址（响应），然后你就能看到电视剧了。

当然，我们只要满⾜进程不同就⾏；所以即便是同⼀个主机，只要是不同进程，基于⽹络来传输数据，也属于⽹络编程。（由于设备有限，这里都用一个主机来示范）

如上图：

服务器就是个进程，客户端也是个进程。服务器为客户端提供数据。

二、网络编程的内容概念

接受端和发送端

在⼀次⽹络数据传输时：

接收端：收数据的一方，也就是网络通信的源主机。

发送端：发数据的一方，也就是网络通信的目的主机。

请求和响应

获取⼀个⽹络资源，涉及到两次⽹络数据传输，如下：

请求：请求数据的发送。

响应：响应数据的发送。

比如：你去一个餐馆，要点餐。

请求：你说老板我要一份酸菜鱼。响应：老板听完后做了份酸菜鱼。

服务端和客户端

在常⻅的⽹络数据传输场景下：

服务端：提供服务的⼀⽅进程，可以提供对外服务。

客户端：获取服务的⼀⽅进程，称为客⼾端。

三、UDP和TCP协议的区别

UDP：无连接、不可靠传输、面向数据报、全双工

TCP：有连接、可靠传输、面向字节流、全双工

有无连接：这里的“连接”是一种抽象的连接，是绑定对方信息。若双方都绑定对方的信息，则是有连接，没有绑定对方的信息则是无连接。就像结婚证，一式两份上面都有自己和爱人的信息。

可不可靠传输：这个也不是我们说这个人可不可靠的那种可靠，而是这个协议它有没有“尽可能”的去传输数据。就比如要传一个信息，可能会失败，这时候采取什么样的行动呢？如果可靠，它可能会进行重新发送啊，或者过一会儿发送什么什么的；但是不可靠传输只管传，其他什么都不会做，所以是不可靠传输。

面向字节流，面向数据报：这里指的是传输的基本单位是什么，面向字节流的基本是字节流，而面向数据报的基本单位是数据报。两者不同，传输的方式也会不一样。

全双工：同个时间内，A->B和B->A可以同步进行。而半双工则是同个时间，只能单向进行。

四、UDP网络编程的类和函数（回显服务器）

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，接收指定⻓度（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到指定⻓度（第⼆个参数length）。address指定⽬的主机的IP 和端⼝号

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

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

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

基于UDP的回显服务器和客户端：

UDP回显服务器

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketException;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("服务器开启！");while(true){// 1. 读取客户端的请求并解析DatagramPacket requestPacket=new DatagramPacket(new byte[4096],4096);socket.receive(requestPacket);// 上述收到的数据, 是二进制 byte[] 的形式体现的. 后续代码如果要进行打印之类的处理操作// 需要转成字符串才好处理.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. 响应就是请求.String respond=process(request);// 3. 把响应写回到客户端DatagramPacket respondPacket =new DatagramPacket(respond.getBytes(),0,respond.getBytes().length,requestPacket.getSocketAddress());socket.send(respondPacket);// 4. 把日志打印一下.System.out.printf("[%s:%d] req=%s,res=%s\n",requestPacket.getAddress(),requestPacket.getPort(),request,respond);}}public String process(String request) {return request;}public static void main(String[] args) throws IOException {UdpEchoServer udpEchoServer=new UdpEchoServer(9090);udpEchoServer.start();}
}

1）用DatagramSocket创建出一个UDP服务器，参数为端口号（比如9090，就是约定客户端找到服务器的地方，就像约会地点）；这里不需要ip地址，因为每个机子才有ip地址，所以直接在客户端new一个对象，参数输入服务器的ip地址就行了。

2）开始服务器，由于服务器基本上都是7*24小时运行的，所以我们用个while循环来一直给它运行；

3）我们用DatagramPacket来接受服务器传来的数据报，传满这个byte数组，然后包装成DatagramPacket对象，让服务器来接收；

4）我们现在是学习，为了方便查看里面的数据，所以我们把数据报转成字符串，给服务器去响应。

5）写一个process响应函数（回显服务器，其实就是return客户端发来的信息），来响应客户端发来的信息，这里我们就把刚刚的字符串传进去，然后返回同样的数据。

6）把这个返回来的信息，我们拿DatagramPacket来包装起来，发回给客户端，这样就完成了响应。（注意的是，发回去的时候要传客户端的ip和端口号，不然都不知道要传给谁）

7）打印日志。

UDP回显客户端

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 {socket = new DatagramSocket();this.serverIP = serverIP;this.serverPort = serverPort;}private void start() throws IOException {System.out.println("启动客户端");// 1. 从控制台读取到用户的输入.Scanner scanner = new Scanner(System.in);while (true) {System.out.print("->");String request = scanner.next();// 2. 构造出一个 UDP 请求, 发送给服务器.DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(), request.getBytes().length, InetAddress.getByName(serverIP), this.serverPort);socket.send(requestPacket);// 3. 从服务器读取到响应DatagramPacket respondPacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);socket.receive(respondPacket);String respond = new String(respondPacket.getData(), 0, respondPacket.getLength());// 4. 把响应打印到控制台上.System.out.println(respond);}}public static void main(String[] args) throws IOException {UdpEchoClient udpEchoClient = new UdpEchoClient("127.0.0.1", 9090);udpEchoClient.start();}
}

1）我们UDP的客户端的构造函数是要有服务器IP和端口号的，因为客户端要主动发数据报给服务器，但是new客户端对象的时候却不需要，因为服务器最开始不需要主动找客户端，而且指定端口号的话，可能会和客户的电脑中的端口号冲突，就会产生bug；

2）因为客户端可能7*24小时都有人发数据，所以我们也是做一个while循环，输入字符串，这时候我们构建DatagramPacket来接受一下，所以这个字符串传进来的时候要getByte()一下，然后send发送这个datagrampacket对象；

3）然后等待响应，接收服务器传来的响应，也是用DatagramPacket来接收；

4）为了方便观看，也是转成字符串，打印出来。

五、TCP网络编程的类和函数（回显服务器）

ServerSocket

ServerSocket 是创建TCP服务端Socket的API。

ServerSocket 构造⽅法：

方法签名	方法说明
ServerSocket(int port)	创建⼀个服务端流套接字Socket，并绑定到指定端⼝

ServerSocket ⽅法：

方法签名	方法说明
Socket accept()	开始监听指定端⼝（创建时绑定的端⼝），有客⼾端连接后，返回⼀个服务端Socket对象，并基于该 Socket建⽴与客⼾端的连接，否则阻塞等待
void close()	关闭此套接字

因为TCP是有连接的，所以需要accept来连接一下，但这里的连接是抽象的连接（这里的连接我们是察觉不到的，是系统内核做的），这里的accept类似于做了一个“确认连接”的作用。

就像打电话，A打给B，会经历一系列的数据传输（比如给基站发数据说我要大给B，但这里我们是察觉不到的，很快B就响铃了）这时B接通了，就相当于accept连接完成了。

Socket就像去揽客，，然后accept连接出来的是一个客户端对象（网卡），把它揽进来，相当于我们对它进行一对一的服务。

Socket

Socket 是客⼾端Socket，或服务端中接收到客⼾端建⽴连接（accept⽅法）的请求后，返回的服务端Socket。

不管是客⼾端还是服务端Socket，都是双⽅建⽴连接以后，保存的对端信息，及⽤来与对⽅收发数据的。

Socket 构造⽅法：

方法签名	方法说明
Socket(String host, int port)	创建⼀个客⼾端流套接字Socket，并与对应IP的主机上，对应端⼝的进程建⽴连接

Socket ⽅法：

方法签名	方法说明
InetAddress getInetAddress()	返回套接字所连接的地址
InputStream getInputStream()	返回此套接字的输⼊流
OutputStream getOutputStream()	返回此套接字的输出流

基于TCP的回显服务器和客户端：

TCP回显服务器

import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;public class TcpEchoServer {private ServerSocket serverSocket=null;public TcpEchoServer(int port) throws IOException {serverSocket=new ServerSocket(port);}public void start() throws IOException {System.out.println("启动服务器！");ExecutorService service= Executors.newCachedThreadPool();while (true){Socket clientSocket=serverSocket.accept();//不止可以创建线程，还可以使用线程池
//            Thread t=new Thread(()->{
//                processConnection(clientSocket);
//            });
//            t.start();//可以使用线程池，效率更高service.submit(()->{processConnection(clientSocket);});}}// 针对一个连接, 提供处理逻辑private void processConnection(Socket clientSocket) {// 先打印一下客户端的信息System.out.printf("[%s:%d] 客户端上线!\n",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort());// 获取到 socket 中持有的流对象.try(InputStream inputStream=clientSocket.getInputStream();OutputStream outputStream=clientSocket.getOutputStream()) {// 使用 Scanner 包装一下 inputStream. 就可以更方便的读取这里的请求数据了.Scanner scanner=new Scanner(inputStream);PrintWriter writer=new PrintWriter(outputStream);while (true){// 1. 读取请求并解析if (!scanner.hasNext()){// 如果 scanner 无法读取出数据, 说明客户端关闭了连接, 导致服务器这边读取到 "末尾"break;}String request=scanner.next();// 2. 根据请求计算响应String respond=process(request);//3. 把响应写回给客户端// 此处可以按照字节数组直接来写, 也可以有另外一种写法.// outputStream.write(response.getBytes());writer.println(respond);writer.flush();// 4. 打印日志System.out.printf("[%s:%d],req=%s res=%s\n",clientSocket.getInetAddress(),clientSocket.getPort(),request,respond);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}System.out.printf("[%s:%d] 客户端下线!\n", clientSocket.getInetAddress(), clientSocket.getPort());}private String process(String request) {return request;}public static void main(String[] args) throws IOException {TcpEchoServer server=new TcpEchoServer(9090);server.start();}
}

1）用ServerSocket创建出一个TCP服务器，参数为端口号（比如9090，就是约定客户端找到服务器的地方，就像约会地点），这里不需要ip地址，因为每个机子才有ip地址，所以直接在客户端new一个对象，参数输入服务器的ip地址就行了。

2）因为服务器都是7*24小时运行的，所以我们用while循环把他们框起来，然后因为客户很多，频繁的创建和开销很消耗资源，所以我们考虑使用线程池来解决这个问题，注意这里使用的是newCachedThreadPool()，因为这个方法的线程池数量很大，21亿可以解决这个问题。

3）我们通过服务器的accept()方法来接收客户端对象，用Socket接收，得到的就是操作客户端的网卡；

4）因为TCP是面向字节流的，所以我们使用IO操作，来获取这些字节流，为了方便，我们把inputstream对象读到的字节传到scanner里面，这样非常的方便读取。同理outputstream作为参数传入printwriter里面，为什么用这个呢，因为这个输出的时候是需要结尾为空白符作为结束标志的，而printwriter有个方法println，会有\n作为结束标志，就不要手动打\n了。这样数据流就取一个完整的数据流了，就不会和下一个数据流混一起了。

5）其余的看看源代码，其实也差不多和UDP类似，就那么一些出入而已。

6）flush()是“冲刷缓存区”，IO操作时间长，很消耗资源，所以内核优化了一下，得攒一堆IO才会一起发送，不然的话就会卡着，发不出去。

7）打印日志

Tcp回显客户端

import java.io.*;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;public class TcpEchoClient {private Socket clientSocket=null;public TcpEchoClient(String serverIP,int serverPort) throws IOException {clientSocket=new Socket(serverIP,serverPort);}public void start(){System.out.println("客户端启动!");try(InputStream inputStream=clientSocket.getInputStream();OutputStream outputStream=clientSocket.getOutputStream()) {Scanner scanner=new Scanner(inputStream);Scanner scannerIn=new Scanner(System.in);PrintWriter writer=new PrintWriter(outputStream);while (true){// 1. 从控制台读取到用户的输入.System.out.print("->");String request=scannerIn.next();// 2. 构造出一个 UDP 请求, 发送给服务器.writer.println(request);writer.flush();// 3. 从服务器读取响应if(!scanner.hasNext()){break;}String respond=scanner.next();// 4. 打印响应结果System.out.println(respond);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}public static void main(String[] args) throws IOException {TcpEchoClient tcpEchoClient=new TcpEchoClient("127.0.0.1",9090);tcpEchoClient.start();}
}