【JavaEE初阶系列】——网络编程 UDP客户端/服务器程序实现

🚩UDP和TCP之间的区别

🎈TCP是有连接的 UDP是无连接的

🎈TCP是可靠传输 UDP是不可靠传输

🎈TCP是面向字节流 UDP是面向数据报

🎈TCP和UDP是全双工

👩🏻‍💻UDP的socket api使用

💻DatagramSocket API

💻DatagramSocket 方法

💻DatagramPacket API

💻InetSocketAddress API

🎓UDP客户端/服务器通信程序实现

🔴服务器

📝接收客户端发来的请求，并且解析

📝根据请求返回响应

📝创建一个DatagramPacket类，存入数据，并发送给客户端

📝打印日志

🔴客户端

通过网络，让俩个主机之间进行通信，基于这样的通信来完成一定的功能。

进行网络编程的时候，需要操作系统给咱们提供一组api，通过这种api才能完成编程。

api可以认为是应用层和传输层之间交互的路径。socket api就相当于插座一样，通过这一套socket api可以完成不同软件之间，不同操作系统之间的通信。

传输层，提供的协议，主要有2个，TCP和UDP这俩个。TCP和UDP这俩个协议的特性（工作原理) 差异很大，导致，使用俩种协议进行网络编程，也存在一定差别，系统就分别提供俩种api。

🚩UDP和TCP之间的区别

🎈TCP是有连接的 UDP是无连接的

TCP是有连接的，UDP是无连接的。什么是有连接和无连接呢？此处的连接本质上就是建立连接的双方，各自保存对方的信息，俩台计算机建立连接，就是双方彼此保存了对方的关键信息。TCP要想通信，就需要先建立连接(所谓连接就是保存对方的信息），做完之后，才能后续通信。（如果A和B建立连接，但是B拒绝了，通信就无法完成了），UDP想要通信，就直接发送数据就行了，不需要建立连接，也就是不需要保存对方的信息。虽然UDP本身是不保存的，但是你调用的UDP的socket api的时候要把对方的位置啥的给传过去。后面再实现TCP就需要在类里初始化IP地址和端口号传入构造方法中，而UDP不用。

🎈TCP是可靠传输 UDP是不可靠传输

TCP里面内置了可靠传输的机制，UDP没有。网络上进行通信，A发送给B消息，这个消息不可能做到100%发送到的，所以什么是可靠传输呢？可靠传输就是A发送给B发信息，消息是不是到达B这一方，A自己能感知到（A心里有数）进一步的，就可以再发送失败的时候采取一定的措施（尝试重传之类的）。而从不可靠传输到可靠传输都是需要付出一些代价的，比如可靠传输的机制比较复杂，传输效率低。

就像一个老中医生有资历给病人看病，看了一下就知道他有什么毛病，只是不说出来，老中医心里有数，然后就去拿药配方进行医治。

🎈TCP是面向字节流 UDP是面向数据报

字节流和文件操作里面的字节流是一个意思，所以我们再实现TCP客户端和服务器之间的通信的时候，就需要用到文件操作里面字节输入流和输出流。

TCP是和文件操作一样，以字节为单位来进行传输
UDP是按照数据报为单位，来进行传输的。UDP数据报是有严格的格式的。

🎈TCP和UDP是全双工

一个信道，允许双向通信，就是全双工
一个信道，只能单向通信，就是半双工

代码中使用一个Socket对象，就可以发送数据也能接收数据。

半双工——单向通信

一个管子，只能一边吹气。

但是B 不能给A吹气，这就是所谓的单向通信——半双工

全双工——双向通信

一根网线，电流不是只能从一边流向另一边，咋能双向通信呢？

就比如一个道路，我们中间划一道黄线，双向行驶

👩🏻‍💻UDP的socket api使用

💻DatagramSocket API

DatagramSocket 是 UDP Socket ，用于发送和接收 UDP 数据报。

DatagramSocket 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）

为什么服务器要指定端口呢？而客户端不同？

因为服务器是程序员决定的，知道哪些端口是可以用的，这是可控的，客户端是不可控的，每个用户电脑程序不一样，占用的端口也不一样，如果手动指定端口，会产生冲突。所以客户端交给系统自动分配的。

socket其实也是操作系统一个概念，本质上是一种特殊的文件，Socket就属于是把"网卡"这个设备，抽象成了文件了，往socket文件中写数据，就相当于通过网卡发送数据，从socket文件读数据，就相当于通过网卡接收数据。这就是网络通信和文件操作统一了。

💻DatagramSocket 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，该方法就会阻塞等待）
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

receive()和send()方法里面的参数其实是输出型参数，数据报是空的，然后进行填充，并返回。

💻DatagramPacket API

DatagramPacket 是 UDP Socket 发送和接收的数据报。

DatagramPacket 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

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

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

🎓UDP客户端/服务器通信程序实现

这个程序是没有什么业务逻辑，只是单纯的调用socket api .让客户端给服务器发送一个请求，请求就是一个从控制台输入的字符串，服务器收到字符串之后，也就会把这个字符串原封不动的返回客户端，客户端再显出来。——回显服务器（echo server)

🔴服务器

📝接收客户端发来的请求，并且解析

 public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {
        socket=new DatagramSocket(port);//服务器需要指定端口
    }

服务器和客户端都需要创建Socket对象。

服务器的socket一般要显示的指定一个端口号
客户端的socket一般不能显式指定（不显示指定，此时系统会自动分配一个随机的端口）

//接收请求之前，我们需要开辟一个空间存储要求
            DatagramPacket requestSocket=new DatagramPacket(new byte[4096],4096);
            socket.receive(requestSocket);

DatagramPacket这个对象用来承载从网卡这边读到的数据，收到数据的时候，需要搞一个内存空间来保存这个数据，DatagramPacket内部不能自行分配内存空间，因此就需要程序员手动把孔吉纳创建好，交给DatagramPacket进行处理。

服务器一旦启动，就会立即执行到这里的receive方法，此时客户端的请求还没来，这种情况也是没有关系的，receive就会直接阻塞，就会一直阻塞到真正客户端把请求发过来为止。

 //由于接收到的请求是二进制，我们需要转换成字符串
            String request=new String(requestSocket.getData(),0,requestSocket.getLength());

这个getLength 得到的结果是否是上述的4096？这个结果是收到的数据的真实长度（取决于发送方这一次到底发送了多少数据。取这个区间内的字节，构成一个Stirng。

📝根据请求返回响应

 //2.根据请求返回响应
            String response=new String(request);

 public String  process(String request){
        return request;
    }

这个步骤是一个服务器程序，最核心的步骤！咱们当时是echo server不涉及这些流程，也不必考虑响应怎么计算，只要请求过来，就把请求当作响应。

📝创建一个DatagramPacket类，存入数据，并发送给客户端

UDP是无连接的，UDP自身不会保存数据要发给谁，就需要每次发送的时候，重新指定，数据要发到哪里去。上述创建数据报是存入发来的请求。

    //3.创建一个DatagramPacket类， 存入数据，并发送给客户端
    //requestSocket.getSocketAddress() requestSocket里面包含客户端的IP地址和端口号
            DatagramPacket responsePacket=new DatagramPacket(response.getBytes(),0,response.getBytes().length,requestSocket.getSocketAddress());
            socket.send(responsePacket);

构造这个数据报，需要指定数据内容，也指定一下数据报要发给谁。再网络传输的时候，肯定是要使用字节的。

可以让response.getBytes().length改成response.length()嘛？不行的，本质上也是和字符集有关系的。如果你这个字符串里内容都是英文字符，此时字节和字符个数是一样的，如果包含中文就不一样的。

requestSocket.getSocketAddress()指定一下请求中的地址（数据从哪里来，我们就要到哪里去）包含IP地址和端口号

📝打印日志

//打印一个日志 打印 客户端IP 客户端端口 客户端内容  服务器内容
 System.out.printf("[%s:%d] %s，%s",responsePacket.getAddress(),responsePacket.getPort(),request,response);

package UDP;

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

public class UdpEchoServer {
    DatagramSocket socket=null;
    public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {
        socket=new DatagramSocket(port);//服务器需要指定端口
    }
    public void start() throws IOException {
        System.out.println("服务器开始启动->");
        while (true){
       //1.接收客户端发来的请求，并且解析
            //接收请求之前，我们需要开辟一个空间存储要求
            DatagramPacket requestSocket=new DatagramPacket(new byte[4096],4096);
            //然后接收请求（如果客户端还没发来请求，就阻塞等待）
            socket.receive(requestSocket);
            //由于接收到的请求是二进制，我们需要转换成字符串
            String request=new String(requestSocket.getData(),0,requestSocket.getLength());
        //2.根据请求返回响应
            String response=new String(request);

        //3.创建一个DatagramPacket类， 存入数据，并发送给客户端
            //requestSocket.getSocketAddress() requestSocket里面包含客户端的IP地址和端口号
            DatagramPacket responsePacket=new DatagramPacket(response.getBytes(),0,response.getBytes().length,requestSocket.getSocketAddress());
            socket.send(responsePacket);

          //打印一个日志 打印 客户端IP 客户端端口 客户端内容  服务器内容
            System.out.printf("[IP地址:%s 端口号:%d] request=%s response=%s",responsePacket.getAddress(),responsePacket.getPort(),request,response);
        }
    }
    public String  process(String request){
        return request;
    }
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        UdpEchoServer udpEchoServer=new UdpEchoServer(9090);
        udpEchoServer.start();
    }
}

🔴客户端

客户端做的事情就是发出请求，尝试得到服务器返回的响应

1.将输入的字符串转换成请求，并发送给服务器
2.发出请求之后，我们就要创建一个数据报，存储由服务器返回的请求，尝试返回请求
3.将响应转换成字符串，并响应出来

package UDP;

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

public class UDPClient {
    DatagramSocket socket=null;
    String serverIp="";
    int serverPort=0;

    public UDPClient(String serverIp, int serverPort) throws SocketException {
        socket = new DatagramSocket();
        this.serverIp = serverIp;
        this.serverPort = serverPort;
    }

    public void start() throws IOException {
        System.out.println("客户端开始启动");
        Scanner scanner=new Scanner(System.in);
        while (true){
            //1.将输入的字符串转换成请求，并发送给服务器
            String request=scanner.next();
            DatagramPacket requestPacket=new DatagramPacket(request.getBytes(),request.getBytes().length, InetAddress.getByName(serverIp),serverPort);
            socket.send(requestPacket);

            //2.尝试返回服务器的响应
            DatagramPacket responsePacket=new DatagramPacket(new byte[4096],4096);
            socket.receive(responsePacket);

            //3.将响应转换成字符串，并响应出来
            String response=new String(responsePacket.getData(),0,responsePacket.getLength());
            System.out.println(response);
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        UDPClient udpClient=new UDPClient( "10.41.90.105",9090);
        udpClient.start();
    }
}

🔴服务器/客户端通信流程

我们写完UDP的服务器和客户端的代码之后，为什么不close？就是关闭数据报套接字

socket也是文件，不关闭就会出问题了，就会出现文件资源泄漏嘛？（资源泄漏就是代码中频繁的打卡文件，但是不关闭，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里的内容，最终就消耗没了，如果进程的生命周期很短，打开一下没多久就关闭了，谈不上泄漏）

socket是文件描述符表中的一个表项，每次打开一个文件，就要占用一个位置。文件描述符，是在pdb上的。（跟随进程的）

这个socket在整个程序运行过程中都是需要使用的（不能提前关闭）当socket不需要使用的时候，意味着程序就要结束了，进程结束，此时随之文件描述符就会销毁了（pcb都销毁了）。随着销毁的过程，被系统自动回收了。

先启动服务器，再启动客户端

🍭 基于echo server写一个翻译服务器

请求的是一个英文单词，响应就会返回对应的中文翻译。

cat——》小猫

dog——》小狗

通过代码来实现

public class UdpDicServer extends UdpEchoServer {
    private Map<String,String> dict=new HashMap<>();
    public UdpDicServer(int port) throws SocketException {
        super(port);
    }
}

用哈希表来记录键值对，key是英文单词，value是英文单词的翻译，构成了键值对。

然后我们继承了服务器的类，我们要先调用他的构造方法。然后进行初始化。

package UDP;

import javax.rmi.CORBA.Util;
import java.io.IOException;
import java.net.SocketException;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class UdpDicServer extends UdpEchoServer {
    private Map<String,String> dict=new HashMap<>();
    public UdpDicServer(int port) throws SocketException {
        super(port);
        //此时往这个表中插入几千几万个英文单词
        dict.put("cat","猫");
        dict.put("dog","狗");
        dict.put("flower","花");
    }
    //重写process方法，再重写的方法中完成翻译的过程
    //翻译的本质是“查表"
    public String  process(String request){
        return dict.getOrDefault(request,"该词在该词典中不存在");
    }

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

start方法中，调用process方法，this.process。

当前是子类引用调用start，this就是指向子类引用，虽然this是父类的类型，但是实际指向的是子类引用，调用process自然就会执行到子类的方法中，上述重写了process方法，就可以在子类中组织你想要的”业务逻辑“。