目录

前言：

基础理解

传输层协议

UDP

TCP

Socket API

DatagramSocket API

DatagramPacket API

UDP实现回显服务器

完整代码展现（有详细注释）

UDP实现回显客户端

完整代码展现（有详细注释）

小结：

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前言：

    通过套接字Socket就可以实现客户端发送请求，服务起接收请求，处理完成后就可以响应给客户端。这样的一套流程就实现了数据在网络上的传输。

基础理解

    网络编程中，在硬件上使用网卡发送和接收数据。在java中使用Socket直接操作网卡，而对于操作系统来说一切皆文件，那么这个Socket对象在操作系统中是被当作文件处理的。Socket就是操作系统给应用程序提供的接口。

    Socket所提供的api和传输层密切相关，应用层首先接触的就是传输层。使用Socket所提供的api就可以实现应用层的代码并且和传输层进行交互。

    客户端发起请求 --> 服务器接收请求 --> 服务器处理请求并响应给客户端 --> 客户端接收响应

传输层协议

UDP

    特点：无连接，不可靠传输，面向数据报，全双工，大小首先（一次最多64k），有接收缓冲区无发送缓冲区。

TCP

    特点：有连接。可靠传输，面向字节流，全双工，大小不限，有接收缓冲区和发送缓冲区。

理解：

    1）无连接：不需要建立客户端和服务器之间的连接，就可以发送数据。（例如微信发消息）

    2）有连接：需要建立客户端和服务器之间的连接，才可发送数据。（例如打电话，需要接听）

    3）不可靠传输：发送方不知道数据是发过去了，还是丢包了。

    4）可靠传输：发送方知道自己的消息是否发送过去。

    注意：可靠性就是针对发送方是否清楚数据是否发送过去。

    5）面向数据报：数据传输以“数据报”为基本单位，一块一块的发数据。

    6）面向字节流：数据传输和读文件类似，“流式”的。一次发送部分数据，也可以发送全部数据。

    7）全双工：可以同时发送和接收数据，那么半双工就不支持。

Socket API

    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。

DatagramSocket API

DatagramSocket构造方法

 注意：

    创建一个UDP数据报套接字的Socket，绑定本机任意一个随机端口（一般用于客户端）

 注意：

    创建一个UDP数据报套接字的Socket，绑定指定端口（一般用于服务端）

DatagramSocket方法

注意：

    从网卡接收数据报。这个参数需要一个空的DatagramPacket对象，当从网卡接收到数据报就会填充好这个空的对象，以便供我们处理数据。

    如果没有接收数据报，这个方法会阻塞等待。

 注意：

    将已经构造好的数据报发送到网卡。不会阻塞等待直接发送。

 注意：

     在操作系统中Socket对象是被当作文件处理的，那么就需要释放pcb中文件描述符表中的资源。

DatagramPacket API

DatagramPacket构造方法

 注意：

    构造一个DatagramPacket以用来接收数据报，接收的数据保存在buf缓冲数组中，接收的指定长度。

 注意：

    构造一个DatagramPacket以用来接收数据报，数据填充为字节数组，从0起始位置到指定长度（offset，length），address指定目的主机IP和端口号。（一般处理完请求后，构造成数据报来发送）

DatagramPacket方法

 注意：

     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。

 注意：

     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。

 注意：

     获取数据报中的数据，就是缓冲数组。

UDP实现回显服务器

    服务器是被动的一方，需要接收客户端发起的请求。那么客户端就必须明确服务器的ip和具体进程的端口号。所以在实现服务器时就必须指定端口号，这里实现的是本机到本机的数据发送，ip就使用环回ip即可。

    由于不清楚客户端什么时候发起请求，那么服务器不能休息（随时待命）。这里使用死循环的方式，但它不会一直循环，因为receive()方法当没有接收到请求时会阻塞等待。

    我们首先需要明确服务器的工作流程。接收客户端的请求 --> 处理请求 --> 将响应发送给客户端。

DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);
socket.receive(requestPacket);

注意：

    首先构造一个空的DatagramPacket对象，传入缓冲数组，和指定长度。当下面receive()方法从网卡接收到客户端请求时就会填充这个空对象。（数据是写入了缓冲数组）

    当receive()方法当没有接收到请求时会阻塞等待。（随时待命）

String request = new String(requestPacket.getData(), 0, requestPacket.getLength());

注意：

    由于接收的数据构造成了数据报，这样不利于我们处理数据。我们将数据报中的数据取出来构造成字符串。

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

注意：

    服务器针对请求进行需求处理，这里的process是一个方法。由于我们实现的是回显服务器，即直接返回这个字符串即可。

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

注意：

    这里将处理完后的响应构造成数据报，然后发送给客户端程序。这里需要传入字节数组，填充的具体长度，（这里需要用字节数组的长度，不能用字符串的长度。转换之后两者长度是不一致的）和客户端的ip和端口号（getSocketAddress()方法可以获得发送方的ip和端口号）。

    当构造完成之后直接将数据报发给客户端即可。

完整代码展现（有详细注释）

public class UdpEchoSever {
    //Socket对象直接操作的是网卡，在操作系统中任务Socket对象是文件（一切皆文件）
    //通过Socket对象接收和发送数据
    private DatagramSocket socket = null;
    public UdpEchoSever(int port) throws SocketException {
        //服务器是被动的一方，客户端必须找到服务器的端口，才能找到指定程序，因此服务器必须指定端口号
        socket = new DatagramSocket(port);
    }
    public void start() throws IOException {
        System.out.println("启动服务器");
        while (true) {
            //构造空的Packet对象，传入缓冲数组
            DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);
            //receive从网卡接收数据，解析后填充这个空对象（输出形参数）（可以认为写入了缓冲数组）
            //客户端如果没有发请求receive就会阻塞，直到客户端发送请求（保证这里不会一直循环）
            socket.receive(requestPacket);

            //根据接收的数据（由于接收的数据不方便处理），因此构造成字符串
            String request = new String(requestPacket.getData(), 0, requestPacket.getLength());
            //服务器响应处理
            String response = process(request);
            //构造发送的数据报，字节数组，字节数组长度，IP和端口（根据响应的字符串）
            //这个DatagramPacket只认字节数组，因此就需要获取字节数组的长度而不是字符的个数
            DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(),response.getBytes().length,
                    requestPacket.getSocketAddress());
            //发送数据到Ip和端口指定的客户端程序
            socket.send(responsePacket);
            //打印下，请求响应的中间结果
            System.out.printf("源IP：%s 源端口：%d 请求数据：%s 响应数据：%s\n", requestPacket.getAddress().toString(),
                    requestPacket.getPort(), request, response);
        }
    }
    //回显服务器，处理直接返回数据（响应）
    public String process(String request) {
        return request;
    }
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //端口号的指定在 1024 -- 65535 里指定
        UdpEchoSever sever = new UdpEchoSever(8280);
        sever.start();
    }
}

UDP实现回显客户端

    客户端发送数据需要明确服务器的ip和具体进程的端口号。客户端的端口号我们不需要手动指定，因为客户端程序是存在于客户主机上，我们如果手动指定就很可能与其他进程端口号冲突，这样就直接抛异常了（Address already in use）。直接让操作系统随机分配一个空闲的端口号。

    那么为什么服务端我们可以指定端口号，这样就不怕与其他进程冲突了么？因为服务器在我们自己手里，我们明确里面的各种端口号，简单来说就是可控的。 

    我们首先明确客户端的工作流程。用户输入数据 --> 发送到服务器 --> 接收服务器的响应。这里也使用死循环，和上面一样receive()方法会阻塞，不会一直循环。

 Scanner scanner = new Scanner(System.in);
 System.out.println("输入你要发送的数据：");
 String request = scanner.next();
 if (request.equals("exit")) {
        System.out.println("bye bye");
        break;
 }

注意：

    提示用户输入数据，这里做了简单的判断。

 DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(), request.getBytes().length,
                    InetAddress.getByName(severIp), severPort);
 socket.send(requestPacket);

注意：

    根据用户输入的数据构造成数据报。需要字节数组，具体填充的长度（同样的需要字节数组长度而不是字符串长度），ip（由于这里需要一个32位的ip，而上面的是字符串，因此需要转换）和服务器端口号。然后直接发送即可。

 DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);
 socket.receive(responsePacket);

注意：

    接收服务器的响应。首先构造一个空的DatagramPacket对象，传入缓冲数组和指定长度。receive()方法从网卡接收到数据报然后构造好这个空的对象。

    receive()当没有接收到响应前同样的也会阻塞等待。

 String response = new String(responsePacket.getData(), 0, responsePacket.getLength());
 System.out.println(response);

注意：

    由于是数据报不利于用户观察数据，因此转转换为字符串。获取到数据报中的缓冲数组，从0位置到指定长度来构造这个字符串，最终显示给用户。

完整代码展现（有详细注释）

public class UdpEchoClient {
    private DatagramSocket socket = null;
    //客户端需要知道服务器的IP，和端口，这里先存一下
    private String severIp = null;
    private int severPort = 0;
    public UdpEchoClient(String severIp, int severPort) throws SocketException {
        //客户端不需要指定端口号，客户端程序在用户手里，指定端口号就可能和其他进程重复。因此让操作系统分配一个空闲的端口
        //服务器为什么指定端口不怕重复呢？因为服务器在程序员手里我们清楚端口号的使用（可控的），而客户端是（不可控的）
        socket = new DatagramSocket();
        this.severIp = severIp;
        this.severPort = severPort;
    }
    //客户端启动
    public void start() throws IOException {
        //用户输入数据
        while (true) {
            Scanner scanner = new Scanner(System.in);
            System.out.println("输入你要发送的数据：");
            String request = scanner.next();
            if (request.equals("exit")) {
                System.out.println("bye bye");
                break;
            }
            //发送数据报（构造DatagramPacket对象）
            //此处的IP需要一个32位的整数，而上面的是字符串，需要转换
            DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(), request.getBytes().length,
                    InetAddress.getByName(severIp), severPort);
            socket.send(requestPacket);

            //接收数据报（填充这个空对象）（阻塞到服务器发送过来数据）
            //receive的阻塞操作系统实现的，JAVA只是封装了一下
            DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);
            socket.receive(responsePacket);
            //显示数据报（将数据报转换为字符串）
            String response = new String(responsePacket.getData(), 0, responsePacket.getLength());
            System.out.println(response);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        UdpEchoClient udpEchoClient = new UdpEchoClient("127.0.0.1", 8280);
        udpEchoClient.start();
    }
}

小结：

    这里大多是api的使用，我们要理解其中的原理，便能得心应手。