JavaEE 第18节 TCPUDP优缺点（对比）

前言

基于TCP/IP协议栈，TCP和UDP属于传输层协议。在Java生态中也分别提供了相关套接字（Socket）¹的API，方便网络编程。
这两种协议各有优势，我们在网络编程中要根据他们的特性，选择合适的协议进行网络编程。
接下来的文章小编会详细讲解UDP/TCP两种协议的优缺点以及相关应用场景。在选择协议时，给大家做个参考。
另外，本文中有一些专业名词带有脚注，点击脚注可以查看详细解释

1、UDP(User Datagram Protocol)

此协议面向数据报²（Datagram）。

优点

1. 传输速度快：
     • UDP是无连接³的协议，不需要建立连接，数据可以直接发送。由于没有复杂的连接建立和管理过程，UDP传输速度更快。
     • UDP没有重传机制，也没有ACK确认机制，这使得它非常适合需要快速传输的小数据量场景。

2. 低开销：
     • UDP不维护连接状态，也不进行流量控制和拥塞控制，因此协议头开销较小，数据包处理速度快。
3. 支持多播和广播：
     • UDP支持将数据包发送给多个接收方（多播）或网络中的所有设备（广播），非常适合视频流、实时音频、在线游戏等需要分发数据的场景。
4. 实现简单：
     • UDP协议相对简单，容易实现和管理。由于不需要复杂的连接管理和状态维护，开发人员可以更直接地控制数据传输过程。

缺点

1. 不可靠传输：
     • UDP是无连接通信的，不提供数据包的确认、重传和序列控制，数据包可能会丢失、重复或乱序到达。这意味着应用层必须自行处理这些问题。
     • 对于数据传输可靠性要求高的应用，UDP不合适，除非应用层自行实现可靠性机制。
2. 无流量控制：
     • UDP不具备流量控制机制，发送方可以以任意速率发送数据。这可能导致网络拥塞或接收方过载，从而丢弃数据包。
3. 无阻塞控制：
     • UDP没有拥塞控制机制，当网络出现拥塞时，UDP不会自动降低发送速率，可能加剧网络拥塞情况。
4. 数据包大小限制：
     • UDP的数据报大小受到MTU（最大传输单元）的限制，一般最大为64KB。超过这一限制的数据需要分片传输，增加了数据包丢失的风险。
   适用场景

2、TCP(Transmission Control Protocol)

TCP属于面向字节流⁴进行通信。

优点

1. 可靠性高：
     •TCP通过确认机制和重传机制保证数据的可靠传输。如果数据包丢失，TCP会自动重传丢失的数据。
   
     •TCP保证数据包按序到达，并且不会重复传输数据包。

2. 流量控制：
     •TCP提供流量控制机制，通过滑动窗口机制确保发送方不会以超过接收方处理能力的速率发送数据，防止网络拥塞。

3. 阻塞控制：
     •TCP具有拥塞控制机制，通过慢启动、拥塞避免、快速重传和快速恢复等算法，动态调整传输速率，避免网络拥塞。

4. 连接管理：
     •TCP是面向连接的协议，在数据传输之前需要通过三次握手建立连接，并通过四次挥手关闭连接，确保通信的可靠性。

5. 数据完整性：
     •TCP提供数据完整性检查，通过校验和（checksum）验证数据在传输过程中是否损坏，确保接收方收到的数据是完整且未被损坏的。

缺点

1. 开销大：
    •TCP的可靠性、流量控制和拥塞控制机制引入了较大的开销，例如需要维护连接状态、发送和处理ACK、执行重传等。这会增加通信延迟和资源消耗。

2. 有较大延迟：
    •由于TCP的可靠性机制，数据包的传输顺序和完整性都受到严格控制，可能会导致延迟。这对于实时性要求高的应用（如视频会议、在线游戏等）是不利的。

3、总结

• UDP的优势在于速度快、延迟低、开销小，适用于实时性要求高、不需要保证数据可靠性的场景，如视频流、在线游戏、语音通信等。但由于它不保证数据的可靠性和顺序性，因此不适用于数据完整性要求高的应用。
• TCP提供了可靠的数据传输、顺序控制、流量控制和拥塞控制，适用于需要保证数据完整性和可靠性的场景，如文件传输、电子邮件、网页浏览等。但由于其较高的开销和延迟，它在实时性要求高的场景中表现不如UDP。

另外还有一点需要注意，两个协议都支持全双工：
在同一时刻既可以传输数据，也可以接收数据。
反之，半双工指的就是单向传输，轮流通信。
以上是两种不同的通信模式。