Java实现UDP通信

程序员文章站 2022-06-29 18:24:59

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UDP（User Datagram Protocol），即用户数据报协议，UDP只提供数据的不可靠传递，它一旦把应用程序发给网络层的数据发送出去，就不保留数据备份（所以UDP有时候也被认为是不可靠的数据报协议）。UDP在IP数据报的头部仅仅加入了复用和数据校验（字段）。

虽然UDP被认为是不可靠的，但是可以通过应用程序来负责传输的可靠性，如FTP等都是用了UDP协议。另外一个特点是UDP是基于数据包，也就是说数据会被打成包发送。所以包的大小会有限制，一般认为最大是64KB

Java中UDP主要涉及了DatagramPacket和 DatagramSocket两个类。前者被认为是信息的载体，后者被认为是收发的实体。也就是，DatagramPacket携带数据，并通过DatagramSocket收发。

下面就来实现一下服务端与客户端。

服务端：

public class UDPService {
    public static final String SERVICE_IP = "127.0.0.1";

    public static final int SERVICE_PORT = 10101;

    public static final int MAX_BYTES = 2048;

    private DatagramSocket service;

    public static void main(String[] args) {
        UDPService udpService = new UDPService();
        udpService.startService(SERVICE_IP,SERVICE_PORT);//启动服务端
    }

    private void startService(String ip, int port) {
        try {
            //包装IP地址
            InetAddress address = InetAddress.getByName(ip);
            //创建服务端的DatagramSocket对象，需要传入地址和端口号
            service = new DatagramSocket(port,address);

            byte[] receiveBytes = new byte[MAX_BYTES];
            //创建接受信息的包对象
            DatagramPacket receivePacket = new DatagramPacket(receiveBytes,receiveBytes.length);

            //开启一个死循环，不断接受数据
            while(true){
                try{
                    //接收数据，程序会阻塞到这一步，直到收到一个数据包为止
                    service.receive(receivePacket);
                }catch (Exception e){
                    e.printStackTrace();
                }

                //解析收到的数据
                String receiveMsg = new String(receivePacket.getData(),0,receivePacket.getLength());
                //解析客户端地址
                InetAddress clientAddress = receivePacket.getAddress();
                //解析客户端端口
                int clientPort = receivePacket.getPort();

                //组建响应信息
                String response = "Hello world " + System.currentTimeMillis() + " " + receiveMsg;
                byte[] responseBuf = response.getBytes();
                //创建响应信息的包对象，由于要发送到目的地址，所以要加上目的主机的地址和端口号
                DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(responseBuf,responseBuf.length,clientAddress,clientPort);

                try{
                    //发送数据
                    service.send(responsePacket);
                }catch (Exception e){
                    e.printStackTrace();
                }

            }
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }finally {
            //关闭DatagramSocket对象
            if(service!=null){
                service.close();
                service = null;
            }
        }
    }

}

客户端：

public class UDPClient {
    private DatagramSocket client;

    public static void main(String[] args){
        UDPClient client = new UDPClient();
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        //建立死循环，不断发送数据
        while(true){
            String msg = scanner.nextLine();
            if("##".equals(msg))
                break;
            //打印响应的数据
            System.out.println(client.sendAndReceive(UDPService.SERVICE_IP,UDPService.SERVICE_PORT,msg));
        }
    }

    private String sendAndReceive(String ip, int port, String msg) {
        String responseMsg = "";

        try {
            //创建客户端的DatagramSocket对象，不必传入地址和对象
            client = new DatagramSocket();
            byte[] sendBytes = msg.getBytes();
            //封装要发送目标的地址
            InetAddress address = InetAddress.getByName(ip);
            //封装要发送的DatagramPacket的对象，由于要发送到目的主机，所以要加上地址和端口号
            DatagramPacket sendPacket = new DatagramPacket(sendBytes,sendBytes.length,address,port);

            try {
                //发送数据
                client.send(sendPacket);
            }catch (Exception e){
                e.printStackTrace();
            }

            byte[] responseBytes = new byte[UDPService.MAX_BYTES];
            //创建响应信息的DatagramPacket对象
            DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(responseBytes,responseBytes.length);
            try {
                //等待响应信息，同服务端一样，客户端也会在这一步阻塞，直到收到一个数据包
                client.receive(responsePacket);
            }catch (Exception e){
                e.printStackTrace();
            }
            
            //解析数据包内容
            responseMsg = new String(responsePacket.getData(),0,responsePacket.getLength());
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }finally {
            //关闭客户端
            if(client != null){
                client.close();
                client = null;
            }
        }

        return responseMsg;
    }
}

最后介绍一下涉及的几个类。

1. InetAddress
InetAddress类用来代表IP地址，InetAddress下还有2个子类：Inet4Address、Inet6Address,它们分别代表IPv4地址和IPv6地址。

这个类没有提供公开的构造方法，而是提供了如下两个静态方法来获取InetAddress实例：

InetAddress getByAddress(byte[] addr)//根据原始IP地址来获取对应的InetAddress对象
InetAddress getByName(String host)//根据主机获取对应的InetAddress对象

其他一些方法

String getCanonicalHostName（）//获取此 IP 地址的全限定域名。
String getHostAddress（）//返回该InetAddress实例对应的IP地址字符串（以字符串形式）。
String getHostName（）//获取此 IP 地址的主机名。
InetAddress getLocalHost() //获取本机IP地址对应的InetAddress实例.
boolean isReachable(int timeout) //测试是否可以到达该地址

2. DatagramPacket
有以下几种构造

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

方法：

InetAddress getAddress() //获取地址，可能是发送方的也可能是接收方的
byte[] getData()  //获取数据
int getLength()  //获取长度
int getOffset() //获取偏移量
int getPort()  //获取端口
SocketAddress getSocketAddress()  //获取SocketAddress 
void setAddress(InetAddress iaddr)  //设置地址
void setData(byte[] buf)  //设置数据
void setData(byte[] buf, int offset, int length)  //设置数据，指定长度与偏移
void setLength(int length) //设置长度
void setPort(int iport) //设置端口
void setSocketAddress(SocketAddress address)  //设置SocketAddress

3. DatagramSocket
该类常用的构造方法如下：

DatagramSocket()  //默认本机ip地址，随机选一个可用端口
DatagramSocket(int port)  //默认本机IP地址，指定端口
DatagramSocket(int port, InetAddress laddr)  //指定ip和端口

通常第一个可作为客户端，作为服务端一般需要指定端口，确保其他客户端可以发送到该服务器.

常用方法：

void send(DatagramPacket p)  //发送一个数据包，数据包要包含目的主机的地址和端口
void receive(DatagramPacket p)  //接受一个数据包，数据包只要包含一个byte数组和长度即可

另外还有一个connect(InetAddress address,int port)，我们都知道UDP是面向无连接的，这个connect方法其实只是指定一个主机，相当于绑定，但没有任何实质连接，而接下来都只能从这个主机收发数据，而且在发数据时，DatagramPacket 不必携带目的主机的地址和端口号。并且如果DatagramPacket携带的主机地址与端口号和connect绑定的不一致，会抛出IllegalArgumentException。

另外getInnetAddress和getPort都是返回connect后绑定的主机信息，若要取到本机的需要调用getLocalPort和getLocalAddress。若没有connect，则getInnetAddress和getPort返回null与-1.

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