【Javaee】网络编程-UDP基础

标签：UDP DatagramPacket String request 编程 Javaee 服务器 new public

前言

UDP是一个高效、快速、简单的传输协议，适合于需要低延迟和实时性的应用

本篇将介绍UDP相关的api，并使用UDP构建回显服务器程序。

一.UDP与TCP

特点

UDP：无连接，不可靠，面向数据报，全双工。

TCP：有连接，可靠，面向字节流，全双工。

何为连接？

此处所说的连接是抽象的连接，并不是实际两根线的相连，是指通信双方是否保留对方的信息（如IP地址，端口号）。

UDP是无连接的，通信双方不会保留对方的地址。

TCP是有连接的，通信双方保留着对方的地址。

何为可靠？

可靠指的是通信双方是否关注信息正确的传递到对方手上，可靠指会尽可能的确保数据传输到对方，不可靠是不关心数据是否传输过去。

UDP是不可靠的，指的是当通信出现问题时，会直接把数据包丢弃，不会进行重传。

TCP是可靠的，指通信出现问题时，有着应答响应和延时重传机制，防止数据的丢失

面向数据报与面向字节流

两种协议的传输单位不同。

数据报是一种专门为网络通信传输构造的特殊结构的传输单位，将需要传输的数据打包成一个整体。

UDP协议传输时，以一整个数据报为单位进行传输。

TCP协议面向字节流指的是数据被视为一个连续的字节序列，发送方将数据拆分为字节流发送，而接收方将这些字节流重新组装成原始数据

全双工与半双工

全双工：一个通信信道，可以双向通信（既可以发送数据，也可以同时接收数据）

半双工：只能单向通信（接收数据与发送数据不能同时发送）

二.UDP的常用api

对于UDP来说，主要提供了两个核心api，即DatagramSocket和DatagramPacket（相当于网卡的遥控器）

1.DatagramSocket

1）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（一般用于服务器）

2）DatagramSocket方法

方法签名	方法说明
void receive（DatagramPacket）	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）	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

2.DatagramPacket

1.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

2.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

当看方法，可能看的云里雾里，接下来通过代码来演示

三.UDP服务器端实现

1.代码实现

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketException;

public class UdpService {
    private DatagramSocket socket = null;

    public UdpService(int port) throws SocketException {
        socket = new DatagramSocket(9090);
        //参数是服务器绑定的端口
    }

    public void start() throws IOException {
        System.out.println("服务器开始运行");
        while (true) {
            //服务器需要反复的执行客户的请求
            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);
            System.out.printf("[%s:%d],服务器响应:%s,客户机请求:%s", requestPacket.getSocketAddress(),
                    response, request);
        }
    }

    public String process(String request) {
        return request;
        //回显服务器，返回请求，不做其他操作
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        UdpService service=new UdpService(9090);
        service.start();

    }
}

2.代码解析

服务器的基本流程主要分为3个部分

1）读取请求并解析

DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);
            socket.receive(requestPacket);
            String request = new String(requestPacket.getData(), 0, requestPacket.getLength());

此段代码中，首先定义requestPacket数据报，确定数据报的大小，再接收客户端请求，放入数据报中，并解析请求信息。

2）根据请求计算响应【服务器最重要的环节】

 String response = process(request);

 public String process(String request) {
        return request;
        //回显服务器，返回请求，不做其他操作
    }

此代码实现的为回显服务器，将请求作为响应返回，不涉及其他逻辑

3）把响应写回给客户端，打印日志

 DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(), response.getBytes().length,
                    requestPacket.getSocketAddress());
            socket.send(responsePacket);
            System.out.printf("[%s:%d],服务器响应:%s,客户机请求:%s", requestPacket.getSocketAddress(),
                    response, request);

定义responsePacket数据报，将response的信息打包好，定义好发送的ip地址和端口号，用send发送回客户端，并打印出客户端的ip 端口请求信息和响应信息。

四.UDP客户端实现

1）代码实现

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

public class UdpCilent {
   private DatagramSocket socket=null;
   private String ServiceIP;
   private int ServicePort;
   public UdpCilent(String serviceIP,int servicePort) throws SocketException {
       this.ServiceIP=serviceIP;
       this.ServicePort=servicePort;
       socket=new DatagramSocket();
   }
   public void start() throws IOException {
       System.out.println("客户端启动");
       Scanner scanner=new Scanner(System.in);
       while (true){
           System.out.println("->");
           String request= scanner.next();
           DatagramPacket requestPacket=new DatagramPacket(request.getBytes(),request.getBytes().length, InetAddress.getByName(this.ServiceIP),
                   this.ServicePort);
           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);
       }
   }

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

2）代码解析

1）从控制台中输入指令，将指令打包成数据报，数据报中要指明服务器的ip地址和端口号，才能将数据发送给对应的服务器处理

public class UdpCilent {
   private DatagramSocket socket=null;
   private String ServiceIP;
   private int ServicePort;
   public UdpCilent(String serviceIP,int servicePort) throws SocketException {
       this.ServiceIP=serviceIP;
       this.ServicePort=servicePort;
       socket=new DatagramSocket();
   }
   public void start() throws IOException {
       System.out.println("客户端启动");
       Scanner scanner=new Scanner(System.in);
       while (true){
           System.out.println("->");
           String request= scanner.next();
           DatagramPacket requestPacket=new DatagramPacket(request.getBytes(),request.getBytes().length, InetAddress.getByName(this.ServiceIP),
                   this.ServicePort);
           socket.send(requestPacket);

2）定义响应数据报，接收服务器处理完数据后的响应，并打印出来。

 DatagramPacket responsePacket=new DatagramPacket(new byte[4096],4096);
           socket.receive(responsePacket);
           String response=new String(responsePacket.getData(),0,responsePacket.getLength());
           System.out.println(response);

3）启动程序，在new 对象中填入服务器的ip与端口号。

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

五.服务器与客户端执行过程

1.执行流程

1）首先控制台输入指令，客户端发送请求到服务器。

2）紧接着，服务器接收到请求，解除阻塞

3）服务器把得到的数据构造成string，执行process（）方法对数据进行操作，返回操作结果response，并打包成数据报发送会客户端

4）客户端收到了返回的响应后，解除阻塞

5）打印日志，进入下一次循环

2.字典服务器

字典服务器提供着将客户端输入的英文转化中文，只需继承UDP服务器，并重写proces方法即可实现。

import java.io.IOException;
import java.net.SocketException;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class DictService extends UdpService{
    private Map<String,String> dict=new HashMap<String,String>();
    public DictService(int port) throws SocketException {
        super(port);
        dict.put("cat","猫");
        dict.put("dog","狗");
        dict.put("duck","鸭子");
        dict.put("fish","鱼");
    }

    @Override
    public String process(String request) {
        return dict.getOrDefault(request,"未知单词");
    }

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

以上便是全部内容，如有不对，欢迎指正

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