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。

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，可以指定一些具体的数据进去。

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

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：

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();
    }
}

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.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketException;

// 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() {
        System.out.println("客户端启动!");
        while (true) {
            // 1. 从控制台读取要发送的数据
            // 2. 构造成 UDP 请求, 并发送
            // 3. 读取服务器的 UDP 响应, 并解析
            // 4. 把解析好的结果显示出来.
        }
    }
}

客户端启动后会发送一个"hello world!" 的字符串到服务端，在服务端接收后，控制台输出内容如下：

从以上可以看出，发送的UDP数据报（假设发送的数据字节数组长度为M），在接收到以后（假设接收

的数据字节数组长度为N）：

1. 如果N>M，则接收的byte[]字节数组中会有很多初始化byte[]的初始值0，转换为字符串就是空白

字符；

2. 如果N<M，则会发生数据部分丢失（可以自己尝试，把接收的字节数组长度指定为比发送的字节

数组长度更短）。

要解决以上问题，就需要发送端和接收端双方约定好一致的协议，如规定好结束的标识或整个数据的长度。

示例二：请求响应

示例一只是客户端请求和服务端接收，并没有包含服务端的返回响应。以下是对应请求和响应的改造：

构造一个展示服务端本地某个目录（BASE_PATH）的下一级子文件列表的服务

（1）客户端先接收键盘输入，表示要展示的相对路径（相对BASE_PATH的路径）