【JavaEE】_基于UDP实现网络通信

1. 服务器

1.1 实现逻辑

1.2 代码

1.3 部分代码解释

2. 客户端

2.1 实现逻辑

2.2 代码

2.3 客户端部分代码解释

3. 程序运行结果

4. 服务器客户端交互逻辑

此篇内容为实现UDP版本的回显服务器echo server；

普通服务器：收到请求，根据请求计算响应，返回响应；

回显服务器：忽略计算，直接将收到的请求作为响应返回；

（如需实现其他功能，修改响应计算方法process内容即可）；

具体实现代码如下：

1. 服务器

1.1 实现逻辑

对于网络通信的服务器需要进行的工作为：

1. 读取请求并解析；

2. 根据请求计算响应；

3. 把响应写回客户端；

4. 打印交互详细信息；

1.2 代码

package TestDemo1;

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

public class UDPEchoServer {
    // 创建一个DatagramSocket对象，作为后续操作网卡的基础
     private DatagramSocket socket = null;
     public UDPEchoServer(int port) throws SocketException{
         // 显式指定服务器端口号
         socket = new DatagramSocket(port);
     }
     public void start() throws IOException {
         // 服务器启动方法
         System.out.println("服务器启动");
         // 为保证服务器随时向客户端提供服务
         while(true){
             // 1. 读取请求并解析
             DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);
             // DatagramPacket对象用于承载从网卡读到的数据，收到数据时需要创建一个内存空间保存这个数据，
             // DatagramPacket内部不能自行分配内存空间，需要程序员手动创建
             socket.receive(requestPacket);
             // 完成receive之后，数据以二进制形式存储在DatagramPacket中
             // 需要将二进制数据转成字符串
             String request = new String(requestPacket.getData(),0, requestPacket.getLength());
             // 取0~requestPacket.getLength()区间内的字节构成一个String对象；

             //2. 根据请求计算响应
             String response = process(request);

             //3. 把响应写回客户端
             DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(
                     response.getBytes(),response.getBytes().length,requestPacket.getSocketAddress());
             socket.send(responsePacket);

             //4. 打印交互详细信息
             System.out.printf("[%s:%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 {
        UDPEchoServer server = new UDPEchoServer(9090);
        // 可以在1024~65535（临时端口）中任意选取端口号
        server.start();
    }
}

1.3 部分代码解释

1. 为方便计算请求，将请求的DatagramPacket对象构造成字符串时只需获取DatagramPacket对象中实际有效的部分数据,requestPacket.getLength()获取到的就是收到数据的真实长度而非4096这个最大长度：

2. 已经了解过UDP本身是无连接的，故而对于每一次通信过程，在构造数据报时都需要指定数据报要发给谁；

（1）对于构造的responsePacket对象有3个参数：

DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(                   
response.getBytes(),
response.getBytes().length,
requestPacket.getSocketAddress());

response.length()获取到的是响应对象字符串的字符个数，

response.getBytes().length获取到的是响应对象字符串的字节个数；

requestPacket.getSocketAddress()获取到的是请求发送方（即客户端）的IP与端口号；

（2）注意response.getBytes.length（字节个数）与response.getlength()（字符个数）的区别：

如果response字符串都是英文字符则二者相等，如果包含中文则二者不同；

在进行网络传输时，必然是需要通过字节为单位进行通信的。

3. while(true)会使程序处于快速循环的状态，每循环一次就处理一次请求响应，

当客户端发出请求时，recerive就能顺利读取请求，客户端没有发出请求时，receive就会阻塞；

如果客户端发出的请求过多，可以使用多线程冲动调动计算机硬件资源，也可以再多开机器，但多开机器又会涉及到分布式问题；

4. 使用格式化输出Packet的IP与端口号：

5. 前文已经提及socket也是一个文件，但在上文代码中并未进行close操作，却没有造成文件资源泄漏的原因是：

socket是文件描述符表中的一个表项，每次打开一个文件就会占用一个位置，文件描述符在pcb上，是跟随进程的。在上文代码中创建的socket对象在整个程序运行过程中都需要使用，不可以提前关闭，当socket不需要使用时，即代表程序结束了，进程结束了，文件描述符表也销毁了，伴随着销毁都被系统自动回收了。故而不会造成文件资源泄露问题。

只有代码中频繁打开文件但不关闭，在一个进程的运行过程中，不断积累打开的文件，逐渐消耗掉文件描述符表中的内容，最后消耗殆尽，才会造成泄露。

对于生命周期很短的进程，无需考虑泄露，在客户端方一般来说影响不大。

2. 客户端

2.1 实现逻辑

对于网络通信的客户端，需要进行的工作是：

1. 从控制台读取数据作为客户端发出的请求；

2. 将请求字符串request构造成请求requestPacket对象，发送给服务器；

3. 尝试读取服务器返回的响应；

4. 将响应responsePacket对象构造成响应response字符串，显示出来；

2.2 代码

package TestDemo1;

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

public class UDPEchoClient {
    private DatagramSocket socket = null;
    private String serverIp = "";
    private int serverPort = 0;
    public UDPEchoClient(String ip, int port) throws SocketException {
        // 客户端的socket对象需令系统自动分配
        socket = new DatagramSocket();
        // UDP本身不持有对端信息，需要在应用程序中记录对端信息（IP与端口）
        serverIp = ip;
        serverPort = port;
    }
    public void start() throws IOException {
        // 客户端启动方法
        System.out.println("客户端启动");
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        while(true){
            // 1. 从控制台读取数据作为客户端发出的请求
            System.out.println("->");
            String request = scanner.next();

            // 2. 将请求字符串request构造成请求requestPacket对象，发送给服务器
            DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(
                    request.getBytes(),request.getBytes().length,
                    InetAddress.getByName(serverIp), serverPort);
            socket.send(requestPacket);

            // 3. 尝试读取服务器返回的响应
            DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);
            socket.receive(responsePacket);

            // 4. 将响应responsePacket对象转换为响应字符串response，显示出来
            String response = new String(responsePacket.getData(), 0, responsePacket.getLength());
            System.out.println(response);
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        UDPEchoClient client = new UDPEchoClient("127.0.0.1", 9090);
        client.start();
    }
}