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UDP编程

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共计 3396 个字符,预计需要花费 9 分钟才能阅读完成。

和 TCP 编程相比,UDP 编程就简单得多,因为 UDP 没有创建连接,数据包也是一次收发一个,所以没有流的概念。

在 Java 中使用 UDP 编程,仍然需要使用 Socket,因为应用程序在使用 UDP 时必须指定网络接口(IP)和端口号。注意:UDP 端口和 TCP 端口虽然都使用 0~65535,但他们是两套独立的端口,即一个应用程序用 TCP 占用了端口 1234,不影响另一个应用程序用 UDP 占用端口 1234。

服务器端

在服务器端,使用 UDP 也需要监听指定的端口。Java 提供了 DatagramSocket 来实现这个功能,代码如下:

DatagramSocket ds = new DatagramSocket(6666); // 监听指定端口
for (;;) {// 无限循环
    // 数据缓冲区:
    byte[] buffer = new byte[1024];
    DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);
    ds.receive(packet); // 收取一个 UDP 数据包
    // 收取到的数据存储在 buffer 中,由 packet.getOffset(), packet.getLength()指定起始位置和长度
    // 将其按 UTF- 8 编码转换为 String:
    String s = new String(packet.getData(), packet.getOffset(), packet.getLength(), StandardCharsets.UTF_8);
    // 发送数据:
    byte[] data = "ACK".getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
    packet.setData(data);
    ds.send(packet);
}

服务器端首先使用如下语句在指定的端口监听 UDP 数据包:

DatagramSocket ds = new DatagramSocket(6666);

如果没有其他应用程序占据这个端口,那么监听成功,我们就使用一个无限循环来处理收到的 UDP 数据包:

for (;;) {...}

要接收一个 UDP 数据包,需要准备一个 byte[] 缓冲区,并通过 DatagramPacket 实现接收:

byte[] buffer = new byte[1024];
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);
ds.receive(packet);

假设我们收取到的是一个 String,那么,通过DatagramPacket 返回的 packet.getOffset()packet.getLength()确定数据在缓冲区的起止位置:

String s = new String(packet.getData(), packet.getOffset(), packet.getLength(), StandardCharsets.UTF_8);

当服务器收到一个 DatagramPacket 后,通常必须立刻回复一个或多个 UDP 包,因为客户端地址在 DatagramPacket 中,每次收到的 DatagramPacket 可能是不同的客户端,如果不回复,客户端就收不到任何 UDP 包。

发送 UDP 包也是通过 DatagramPacket 实现的,发送代码非常简单:

byte[] data = ...
packet.setData(data);
ds.send(packet);

客户端

和服务器端相比,客户端使用 UDP 时,只需要直接向服务器端发送 UDP 包,然后接收返回的 UDP 包:

DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
ds.setSoTimeout(1000);
ds.connect(InetAddress.getByName("localhost"), 6666); // 连接指定服务器和端口
// 发送:
byte[] data = "Hello".getBytes();
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, data.length);
ds.send(packet);
// 接收:
byte[] buffer = new byte[1024];
packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);
ds.receive(packet);
String resp = new String(packet.getData(), packet.getOffset(), packet.getLength());
ds.disconnect();
// 关闭:
ds.close();

客户端打开一个 DatagramSocket 使用以下代码:

DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
ds.setSoTimeout(1000);
ds.connect(InetAddress.getByName("localhost"), 6666);

客户端创建 DatagramSocket 实例时并不需要指定端口,而是由操作系统自动指定一个当前未使用的端口。紧接着,调用 setSoTimeout(1000) 设定超时 1 秒,意思是后续接收 UDP 包时,等待时间最多不会超过 1 秒,否则在没有收到 UDP 包时,客户端会无限等待下去。这一点和服务器端不一样,服务器端可以无限等待,因为它本来就被设计成长时间运行。

注意到客户端的 DatagramSocket 还调用了一个 connect() 方法“连接”到指定的服务器端。不是说 UDP 是无连接的协议吗?为啥这里需要connect()

这个 connect() 方法不是真连接,它是为了在客户端的 DatagramSocket 实例中保存服务器端的 IP 和端口号,确保这个 DatagramSocket 实例只能往指定的地址和端口发送 UDP 包,不能往其他地址和端口发送。这么做不是 UDP 的限制,而是 Java 内置了安全检查。

后续的收发数据和服务器端是一致的。通常来说,客户端必须先发 UDP 包,因为客户端不发 UDP 包,服务器端就根本不知道客户端的地址和端口号。

如果客户端认为通信结束,就可以调用 disconnect() 断开连接:

ds.disconnect();

注意到 disconnect() 也不是真正地断开连接,它只是清除了客户端 DatagramSocket 实例记录的远程服务器地址和端口号,这样,DatagramSocket实例就可以连接另一个服务器端。

如果客户端希望向两个不同的服务器发送 UDP 包,有两种方法:

  1. 客户端可以创建两个 DatagramSocket 实例,用 connect() 连接到不同的服务器;
  2. 客户端也可以不调用 connect() 方法,而是在创建 DatagramPacket 的时候指定服务器地址,这样可以用一个 DatagramSocket 实例发送 DatagramPacket 到不同的服务器。

不调用 connect() 方法的代码如下:

DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
ds.setSoTimeout(1000);
// 发送到 localhost:6666:
byte[] data1 = "Hello".getBytes();
var packet1 = new DatagramPacket(data1, data1.length, InetAddress.getByName("localhost"), 6666);
ds.send(packet1);
// 发送到 localhost:8888:
byte[] data2 = "Hi".getBytes();
var packet2 = new DatagramPacket(data2, data2.length, InetAddress.getByName("localhost"), 8888);
ds.send(packet2);
// 关闭:
ds.close();

练习

使用 UDP 实现服务器和客户端通信。

下载练习

小结

使用 UDP 协议通信时,服务器和客户端双方无需建立连接:

  • 服务器端用 DatagramSocket(port) 监听端口;
  • 客户端使用 DatagramSocket.connect() 指定远程地址和端口;
  • 双方通过 receive()send()读写数据;
  • DatagramSocket没有 IO 流接口,数据被直接写入 byte[] 缓冲区。

正文完
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星锅
版权声明:本站原创文章,由 星锅 于2024-08-05发表,共计3396字。
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