网络编程UDP

1.什么是网络编程

1.1发送端和接收端

1.2请求和响应

1.3客户端和服务端

1.4常见的客户端服务端模型

2.Socket套接字

2.1Socket概念

2.2三种Socket套接字分类

3.Java数据报套接字通信模型（UDP）

4.Socket编程注意事项

5.UDP数据报套接字编程

5.1DatagramSocket API

5.2DatagramPacket API

5.3InetSocketAddress API

6.UDP回显服务器实现

1.什么是网络编程

网络编程指网络上的主机，通过不同的进程，以编程的方式实现网络通信（或称为网络数据传输）

当然，我们只要满足进程不同就行；所以即便是同一个主机，只要是不同进程，基于网络来传输数据，也属于网络编程。

特殊的，对于开发来说，在条件有限的情况下，一般也都是在一个主机中运行多个进程来完成网络编程。

但是，我们一定要明确，我们的目的是提供网络上不同主机，基于网络来传输数据资源：

进程A：来获取网络资源

进程B：来提供网络资源

1.1发送端和接收端

在一次网络数据传输时：

发送端：数据的发送方进程，称为发送端。发送端主机即网络通信中的源主机。

接收端：数据的接收方进程，称为接收端。接收端主机即网络通信中的目的主机。

收发端：发送端和接收端两端，也简称为收发端。

注意：发送端和接收端只是相对的，只是一次网络数据传输产生数据流向后的概念。

1.2请求和响应

一般来说，获取一个网络资源，涉及到两次网络数据传输：

第一次：请求数据的发送

第二次：响应数据的发送

1.3客户端和服务端

客户端和服务端

服务端：在常见的网络数据传输场景下，把提供服务的一方进程，称为服务端，提供对外服务。

客户端：获取服务的一方进程，称为客户端。

对于服务来说，一般是提供：客户端获取服务资源、客户端保存资源在服务端

好比在银行办事：

银行提供存款服务：用户（客户端）保存资源（现金）在银行（服务端）

银行提供取款服务：用户（客户端）获取服务端资源（银行替用户保管的现金）

1.4常见的客户端服务端模型

最常见的场景，客户端是指给用户使用的程序，服务端是提供用户服务的程序：

1. 客户端先发送请求到服务端

2. 服务端根据请求数据，执行相应的业务处理

3. 服务端返回响应：发送业务处理结果

4. 客户端根据响应数据，展示处理结果（展示获取的资源，或提示保存资源的处理结果）

2.Socket套接字

2.1Socket概念

Socket套接字，是由系统提供用于网络通信的技术，是基于TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。基于Socket套接字的网络程序开发就是网络编程。

2.2三种Socket套接字分类

流套接字：使用传输层TCP协议

TCP，即Transmission Control Protocol （传输控制协议），传输层协议。

TCP特点：有连接、可靠传输、面向字节流、有接收和发送缓冲区、大小不限

对于字节流来说，可以简单的理解为，传输数据是基于IO流，流式数据的特征就是在IO流没有关闭的情况下，是无边界的数据，可以多次发送，也可以分开多次接收。

数据报套接字：使用传输层UDP协议

UDP，即User Datagram Protocol （用户数据报协议），传输层协议。

UDP特点：无连接、不可靠传输、面向数据报、有接收缓冲区、无发送缓冲区、大小受限：一次最多传输64k

对于数据报来说，可以简单的理解为，传输数据是一块一块的，发送一块数据假如100个字节，必须一 次发送，接收也必须一次接收100个字节，而不能分100次，每次接收1个字节。

原始套接字

原始套接字用于自定义传输层协议，用于读写内核没有处理的IP协议数据。

3.Java数据报套接字通信模型（UDP）

对于UDP协议来说，具有无连接，面向数据报的特征，即每次都是没有建立连接，并且一次发送全部数据报，一次接收全部的数据报。

java中使用UDP协议通信，主要基于 DatagramSocket 类来创建数据报套接字，并使用

DatagramPacket 作为发送或接收的UDP数据报。对于一次发送及接收UDP数据报的流程如下：

以上只是一次发送端的UDP数据报发送，及接收端的数据报接收，并没有返回的数据。也就是只有请求，没有响应。对于一个服务端来说，重要的是提供多个客户端的请求处理及响应，流程如下：

4.Socket编程注意事项

1. 客户端和服务端：开发时，经常是基于一个主机开启两个进程作为客户端和服务端，但真实的场景，一般都是不同主机。

2. 注意目的IP和目的端口号，标识了一次数据传输时要发送数据的终点主机和进程

3. Socket编程我们是使用流套接字和数据报套接字，基于传输层的TCP或UDP协议，但应用层协议，也需要考虑。

4. 关于端口被占用的问题

如果一个进程A已经绑定了一个端口，再启动一个进程B绑定该端口，就会报错，这种情况也叫端口被占用。对于java进程来说，端口被占用的常见报错信息如下：

此时需要检查进程B绑定的是哪个端口，再查看该端口被哪个进程占用。以下为通过端口号查进程的方式：

在cmd输入 netstat -ano | findstr 端口号 ，则可以显示对应进程的pid。如以下命令显示了8888进程的pid

在任务管理器中，通过pid查找进程

解决端口被占用的问题：

○ 如果占用端口的进程A不需要运行，就可以关闭A后，再启动需要绑定该端口的进程B

○ 如果需要运行A进程，则可以修改进程B的绑定端口，换为其他没有使用的端口。

5.UDP数据报套接字编程

5.1DatagramSocket 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（一般用于服务端）

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

5.2DatagramPacket 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

构造UDP发送的数据报需要传入SocketAddress ，该对象可以使用InetSocketAddress来创建。

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

5.3InetSocketAddress 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

6.UDP回显服务器实现

服务端代码：

package network;

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

// UDP 的 回显服务器.
// 客户端发的请求是啥, 服务器返回的响应就是啥.
public class UdpEchoServer {
    private DatagramSocket socket = null;

    // 参数是服务器要绑定的端口
    public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {
        socket = new DatagramSocket(port);
    }

    // 使用这个方法启动服务器.
    public void start() throws IOException {
        System.out.println("服务器启动!");
        while (true) {
            // 反复的, 长期的执行针对客户端请求处理的逻辑.
            // 一个服务器, 运行过程中, 要做的事情, 主要是三个核心环节.
            // 1. 读取请求, 并解析
            DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);
            socket.receive(requestPacket);
            //    这样的转字符串的前提是, 后续客户端发的数据就是一个文本的字符串.
            String request = new String(requestPacket.getData(), 0, requestPacket.getLength());
            // 2. 根据请求, 计算出响应
            String response = process(request);
            // 3. 把响应写回给客户端
            //    此时需要告知网卡, 要发的内容是啥, 要发给谁.
            DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(), response.getBytes().length,
                    requestPacket.getSocketAddress());
            socket.send(responsePacket);
            // 记录日志, 方便观察程序执行效果.
            System.out.printf("[%s:%d] req: %s, resp: %s\n", requestPacket.getAddress().toString(), requestPacket.getPort(),
                    request, response);
        }
    }

    // 根据请求计算响应. 由于是回显程序, 响应内容和请求完全一样.
    public String process(String request) {
        return request;
    }

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

客户端代码：

package network;

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

public class UdpEchoClient {
    private DatagramSocket socket = null;
    private String serverIp;
    private int serverPort;

    // 服务器的 ip 和 服务器的端口.
    public UdpEchoClient(String ip, int port) throws SocketException {
        serverIp = ip;
        serverPort = port;
        // 这个 new 操作, 就不再指定端口了. 让系统自动分配一个空闲端口.
        socket = new DatagramSocket();
    }

    // 让这个客户端反复的从控制台读取用户输入的内容. 把这个内容构造成 UDP 请求, 发给服务器. 再读取服务器返回的 UDP 响应
    // 最终再显示在客户端的屏幕上.
    public void start() throws IOException {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.println("客户端启动!");
        while (true) {
            // 1. 从控制台读取用户输入的内容
            System.out.print("-> "); // 命令提示符, 提示用户要输入字符串.
            String request = scanner.next();
            // 2. 构造请求对象, 并发给服务器.
            SocketAddress socketAddress = new InetSocketAddress(serverIp,serverPort);
            DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(), request.getBytes().length,
                   socketAddress);
            socket.send(requestPacket);
            // 3. 读取服务器的响应, 并解析出响应内容.
            DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);
            socket.receive(responsePacket);
            String response = new String(responsePacket.getData(), 0, responsePacket.getLength());
            // 4. 显示到屏幕上.
            System.out.println(response);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        UdpEchoClient client = new UdpEchoClient("127.0.0.1", 9090);
        // UdpEchoClient client = new UdpEchoClient("42.192.83.143", 9090);
        client.start();
    }
}

运行结果：