目录
一. UDP API
二. UDP回显客户端-服务器
1. 服务器
2. 客户端
3. 客户端-服务器的工作流程
UDP数据报套接字编程是一种基于无连接协议的网络通信方式
一. UDP API
在网络通信中最重要的硬件设备就是网卡，我们可以将网卡这样的硬件设备抽象为Socket文件
通过网卡发送数据，可以抽象为写Socket文件
通过网卡接收数据，可以抽象为读Socket文件
在这里我们可以理解为对Socket文件进行读写，也就是借助网卡发送和接受数据
在UDP编程中，主要使用两个核心类：DatagramSocket和DatagramPacket
DatagramSocket
DatagramSocket是UDP Socket，负责数据报的发送和接收。
DatagramSocket 构造方法 ：
| 方法 | 说明 |
|---|---|
| DatagramSocket() | 创建一个UDP数据报套接字的Socket，绑定本机随意分配的一个端口（一般用于客户端） |
| DatagramSocket(int port) | 创建一个UDP数据报套接字的Socket，绑定本机指定的端口（一般用于服务端） |
DatagramSocket 方法：
| 方法 | 说明 |
|---|---|
| void receive(DatagramPacket p) | 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(DatagramPacketp) | 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，用于封装 UDP 数据报的数据内容和地址信息
DatagramPacket构造方法：
| 方法 | 说明 |
|---|---|
| DatagramPacket(byte[] buf, int length) | 构造一个DatagramPacket用来接收数据报 第一个参数存放接收的数据， 第二个参数表示接收数据的指定长度 |
| DatagramPacket(byte[] buf, int offset, int length, SocketAddress address) | 构造一个DatagramPacket用来发送数据报 第一个参数存放要发送的数据 第二个参数表示起始偏移量 第三个参数表示发送数据的指定长度 第四个参数表示目的主机的IP和端口号 |
DatagramPacket方法：
| 方法签名 | 方法说明 |
|---|---|
| InetAddress getAddress() | 获取主机IP地址 |
| int getPort() | 获取主机端口号 |
| byte[] getData() | 获取数据报中的数据 |
二. UDP回显客户端-服务器
回显服务器
回显服务器：不进行任何的业务逻辑，只是将收到的数据显示出来
- 在网络编程中，我们只需要会使用传输层提供的API，明白网络传输的基本流程即可
- 传输层会对每一个Socket对象分配独立的缓冲区（操作系统内核中）
- 网卡收到的数据会层层分用并解析，放入缓冲区中
- 网络编程本质上是在对缓冲区中的数据进行操作
1. 服务器
分配端口号
无论是发送方还是接受方，都必须分配一个端口号
socket = new DatagramSocket(port);端口号类似于网络区分进程的身份标识符，在网络通信中，根据端口号确定将数据交给那个进程
注意：
- 一个端口只能被一个进程绑定，一个进程可以同时绑定多个端口
- 如果一个端口被多个进程使用，则会抛出异常
衡量服务器效率
服务器往往是24小时全天无休运行，一直在循环处理请求并返回响应的过程
一个服务器在单位时间内处理请求和返回响应越多，说明服务器的效率越高
服务器如何处理请求和返回响应？
1）读取请求并解析
（1）构造一个数据报容器
DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[1024],1024);- 由于UDP使用数据报传输数据，构造一个数据报容器，将读取的数据放入容器中
（2）读取请求
socket.receive(requestPacket);- 使用receive方法从内核的缓冲区中读取数据报，放入requestPacket容器中
- UDP数据报中的载荷部分放到了requestPacket的字节数组中，报头中的属性信息也会被保存在requestPacket中
- 如果缓冲区中没有数据，则会陷入阻塞等待中
（3）将字节数组转换为字符串
String request = new String(requestPacket.getData(),0,requestPacket.getLength());- getLength（）方法：获取字节数组中的有效数据长度（如果全长可能会有很大的空白）
- 字节数组中可能保存文本数据，也可能保存二进制数据，这里统一使用String来保存
2）根据请求得出响应
回显服务器：不会处理数据，输入什么就会返回什么
String response = process(request);使用process方法来实现回显功能
public String process(String request) {return request;}如果想要实现特定的功能，直接在process中实现即可
3）将响应返回客户端
（1）构造数据报
由于数据格式为UDP数据报，所以将String类型的数据转换成UDP数据报
DatagramPacket respondPacket = new DatagramPacket(response.getBytes(),response.getBytes().length,requestPacket.getSocketAddress());- 数据报中包含：字节数组，字节数，客户端IP地址和端口号
- 客户端的IP地址和端口号从接收的请求数据报中获取
- 将请求中的源ip，源端口，作为响应的目的ip和目的端口
注意：response.getBytes().length 和 response.length 区别
- response.getBytes().length 表示字节数
- response.length 表示字符数
（2）发送数据报
socket.send(respondPacket);通过使用send（）方法将UDP数据包发送出去（send方法不会阻塞等待）
服务器总代码
import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketException;//udp服务端
public class UdpEchServer {private DatagramSocket socket = null;//在创建的时候规定端口号public UdpEchServer(int port) throws SocketException {socket = new DatagramSocket(port);}public void start() throws IOException {System.out.println("启动服务器");while(true){//一直在处理请求和发回响应
// 1.读取请求并解析//Udp使用数据报，所以使用DatagramPacketDatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[1024],1024);//从内核的缓存区中取出数据放入requestPacket中socket.receive(requestPacket);//将requestPacket中的数据(字节数组)转换成String类型String request = new String(requestPacket.getData(),0,requestPacket.getLength());
// 2.根据请求得出响应3String response = process(request);
// 3，将响应返回客户端//继续使用数据报的方式返回//数据报中包含，响应的内容，长度，请求方的地址DatagramPacket respondPacket = new DatagramPacket(response.getBytes(),response.getBytes().length,requestPacket.getSocketAddress());socket.send(respondPacket);//打印日志System.out.printf("[客户端IP= %s,客户端端口=%d] req = %s,resp = %s\n",requestPacket.getAddress().toString(),requestPacket.getPort(),request,response);}}public String process(String request) {return request;}public static void main(String[] args) throws IOException {UdpEchServer udpEchServer = new UdpEchServer(9090);udpEchServer.start();}
}
- 一般服务器需要分配指定的端口（保证端口固定），而客户端则不需要
- 如果服务器的端口号由系统随机分配，有可能会出现，服务器重启一次，所有的客户端找不到服务器的位置
2. 客户端
指定IP和端口号
public UdpEchoClient(String serverIp, int serverPort) throws SocketException {this.serverPort = serverPort;this.serverIp = serverIp;socket = new DatagramSocket();}- 客户端需要主动向服务器发送消息，发送消息的前提是知道服务器的位置（IP和端口号）
客户端如何发送请求和接收响应？
1）获取请求数据
（1）从控制台输入数据
Scanner scanner = new Scanner(System.in);while(true){System.out.print("请输入：");
// 1.从控制台中获取发送的请求数据if(!scanner.hasNext()){break;}//将数据转为字符串格式String request = scanner.next();}- 使用Scanner输入数据，如果没有输入数据，则会进入阻塞等待
2）发送请求数据报
（1）构造请求数据报
DatagramPacket requestPack = new DatagramPacket(request.getBytes(),request.getBytes().length,InetAddress.getByName(serverIp),serverPort);- 数据报中包含：字节数组，字节数，服务器IP地址和端口号
- 客户端将数据报发送给服务器，就必须要知道内容和接收的地址
- InetAddress.getByName(serverIp)：将IP 地址字符串解析为InetAddress对象。
（2）发送请求数据报
socket.send(requestPack);调用send（）方法,将构造的requestPack数据报（请求数据报）发送出去
3）接收服务器响应
（1）创建一个数据报容器
//创建一个空的字节数组来接受响应DatagramPacket respondPack = new DatagramPacket(new byte[1024],1024);- 构建出响应数据报容器，将接收的响应数据报，放入容器中
（2）接收响应数据报
socket.receive(respondPack);- 通过调用receive（）方法，将从内核缓冲区取出的数据报放入respondPack中
- 当缓冲区中没有数据的时候，会进入阻塞等待
4）显示响应信息
String respond = new String(respondPack.getData(),0,respondPack.getLength());System.out.println("服务端的回应："+respond);- 将数据报中的字节数组转换为字符串类型，并打印在控制台
客户端总代码
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 {this.serverPort = serverPort;this.serverIp = serverIp;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.print("请输入：");
// 1.从控制台中获取发送的请求数据if(!scanner.hasNext()){break;}//将数据转为字符串格式String request = scanner.next();
// 2.将请求数据构造成数据报，并发送//其中数据报中包括，内容，长度，服务端的ip，服务端的端口号DatagramPacket requestPack = new DatagramPacket(request.getBytes(),request.getBytes().length,InetAddress.getByName(serverIp),serverPort);//发送请求socket.send(requestPack);
// 3.服务器的响应//创建一个空的字节数组来接受响应DatagramPacket respondPack = new DatagramPacket(new byte[1024],1024);//从缓存区接受数据报保存在respondPack中socket.receive(respondPack);
// 4.将数据报中的内容显示到控制台String respond = new String(respondPack.getData(),0,respondPack.getLength());System.out.println("服务端的回应："+respond);}}public static void main(String[] args) throws IOException {UdpEchoClient udpEchoClient = new UdpEchoClient("127.0.0.1",9090);udpEchoClient.start();}
}
代码中出现的三种构造UDP数据报（DatagramPacket）
（1）因为接收数据报，构造的数据报容器
DatagramPacket respondPack = new DatagramPacket(new byte[1024],1024);（2） 客户端发送请求数据报
DatagramPacket requestPack = new DatagramPacket(request.getBytes(),request.getBytes().length,InetAddress.getByName(serverIp),serverPort);（3）服务器发送响应数据报
DatagramPacket respondPacket = new DatagramPacket(response.getBytes(),response.getBytes().length,requestPacket.getSocketAddress());- 从接收的请求数据报中获取IP和端口号
3. 客户端-服务器的工作流程
整个过程中，服务器先启动
- 服务器启动后，进入while循环，执行receive，由于缓冲区没有数据，故进入阻塞
- 客户端启动后，进入while循环，由于没有输入信息，故在hasNext（）这里被阻塞
- 客户端输入信息后，hasNext（）阻塞被取消，将输入的数据构造成数据报，并使用send发送，发送成功后，调用receive（）接收响应数据报，由于服务器没有返回响应数据报，故进入阻塞
- 服务器的缓冲区收到数据后，从阻塞中唤醒，调用receive（）接收客户端的请求数据报，将读到数据报构造成String类型，通过process（）方法得到响应字符串，将字符串转换为数据报并使用send发送给客户端
- 客户端从receive中返回，将得到的响应数据报转换成String类型，并打印在控制台上
上述的功能一直循环，直到进程销毁
在整个代码中，并没有使用close方法，对于socket对象来说，生命周期应该伴随整个进程，因此进程结束之前，不能提前用 close 关闭 socket 对象，当进程已经结束后，所有的资源自然也就释放了
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