Java 网络编程（一）—— UDP数据报套接字编程

概念

在网络编程中主要的对象有两个：客户端和服务器。客户端是提供请求的，归用户使用，发送的请求会被服务器接收，服务器根据请求做出响应，然后再将响应的数据包返回给客户端。

作为程序员，我们主要关心应用层和传输层，我们编写的程序属于应用层，需要调用传输层的接口来进行数据的传输。Java给我们提供了两套接口，一套是属于UDP 协议的，另一套是属于 TCP 协议的。本篇文章重点讲解UDP 数据报套接字编程。

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。

UDP数据报套接字

DatagramSocket

DatagramSocket 简单来理解就是定位你所在的位置，用于接收和发送数据报

构造方法：

接收和发送数据包的方法：

什么是输出型参数？
该参数在方法内部会被改变，并且会影响到方法外部的实参。

关闭方法：

注意了网络编程使用 Socket ，也是和内存、文件一样都会消耗资源的。

DatagramPacket

DatagramPacket 就是数据报，也就是你发送和接收的数据报，这里数据报和数据包不作区分，大家知道就好了。

构造方法：

字节数组就是用来填充数据的，也是输出型参数。
offset 是指定偏移量
length 是指定要填充多少个字节
address 就是传入地址，SocketAddress 就是一个完整的地址（包含IP 和端口号），InetAddress 只是包含 IP地址，port 就是我们熟悉的端口号。

其他方法：

InetSocketAddress

构造方法：

其他方法：

这个方法有什么用？
我们知道一个IP地址我们习惯用十进制来表示，类似”xxx.xxx.xxx.xxx"，我们通常传入的这个IP地址是一个字符串，这个方法就能将这个字符串转化为机器能识别的二进制的 IP 地址。

回显服务器编写

这里简单介绍一下，回显服务器就是你发什么我就回什么，例如客户端发送一个 hello，服务器直接返回 hello，这就是回显服务器，此服务器是用来我们学习套接字的。现在我来带领大家完成服务器代码的编写。

首先创建一个服务器的类，这里定义为 UdpEchoServer，Echo 就是回显的意思。
在类里面先定义字段 DatagramSocket socket

    private DatagramSocket socket;

    //给服务器指定一个端口号
    public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {
        socket = new DatagramSocket(port);
    }

在构造方法这里要指定对应的端口号，服务器的位置一定要固定下来，防止客户端那边找不到服务器。

启动程序

服务器是 7 * 24 小时为用户提供的服务的，所以这里我们直接写一个死循环 while(true) {}
每一次循环都是在处理一次请求。

首先我们要接收客户端的数据包，先创建好一个空的数据包来接收数据，这里为什么不传入地址，因为我们这个数据包只是用来接收数据的，并且就在服务器中使用，不需要添加地址。

//构建请求数据包
DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);

然后接收：

//获取请求
socket.receive(requestPacket);//输出型参数

如果没有数据可以接收的话，服务器程序会一直在这里阻塞住。

解析数据包并计算请求，由于这里是回显服务器，所以我们直接构造出 String，然后形式上进行响应的处理：

//解析请求数据包
String request = new String(requestPacket.getData(), 0, requestPacket.getLength());

//计算响应值
//这里是回显服务器，直接返回原数据
String response = process(request);

    //计算响应，服务器的核心代码区域
    private String process(String request) {
        return request;
    }

在真实的服务器代码中，我们在响应这里的处理是服务器的核心逻辑，由于是回显服务器，也就显得没有什么感受。

之后就要把响应的数据包发送回客户端那边。

注意：由于 UDP 是不会保存对端的 IP地址和端口号的，所以我们在构建响应数据包的时候，一定要传入目的 IP 和 目的端口号，这里的目的 IP 和 目的端口号可以从请求的数据包获取，因为请求的数据包保存了客户端的IP 和 端口号。

//构建响应数据包
//UDP 不存放对端的源 IP 和 源端口，所以需要传入对方的地址
DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(), response.getBytes().length,
requestPacket.getSocketAddress());

//发送响应数据包
socket.send(responsePacket);

还要注意数据的长度一定是response.getBytes().length，不要写出字符串的长度，因为我们的数据是字节，字节的大小和字符的大小是不一样的。

最后我们可以打印一个日志：

//打印日志
System.out.printf("[%s : %d] request: %s response: %s\n",requestPacket.getAddress().toString(),
                    requestPacket.getPort(),request,response);

因为 getAddress() 的返回值是 InetAddress ，所以要使用 toString() 转化为字符串进行打印。

最终代码

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

//服务器程序
public class UdpEchoServer {
    private DatagramSocket socket;

    //给服务器指定一个端口号
    public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {
        socket = new DatagramSocket(port);
    }

    //服务器启动运行程序
    public void start() throws IOException {
        System.out.println("服务器启动...");

        //服务器持续运行
        //每次循环处理一次请求
        while(true) {
            //构建请求数据包
            DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);
            //获取请求
            socket.receive(requestPacket);//输出型参数

            //解析请求数据包
            String request = new String(requestPacket.getData(), 0, requestPacket.getLength());

            //计算响应值
            //这里是回显服务器，直接返回原数据
            String response = process(request);

            //构建响应数据包
            //UDP 不存放对端的源IP 和 源端口，所以需要传入对方的地址
            DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(), response.getBytes().length,
                    requestPacket.getSocketAddress());
            //发送响应数据包
            socket.send(responsePacket);

            //打印日志
            System.out.printf("[%s : %d] request: %s response: %s\n",requestPacket.getAddress().toString(),
                    requestPacket.getPort(),request,response);
        }
    }

    //计算响应，服务器的核心代码区域
    private String process(String request) {
        return request;
    }

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

客户端编写

客户端是一定要知道请求是发到哪一个服务器上的，所以我们需要保存好服务器的IP 地址和端口号。

private DatagramSocket socket;
private String serverIP;
private int serverPort;

构造方法：注意一定要传入服务器的 IP地址 和 端口号，socket 使用的是 DatagramScoket 的无参构造方法。

为什么使用的是 DatagramScoket 的无参构造方法？
首先我们作为程序员不知道用户那边的主机的端口使用情况，如果固定用户的端口号，正好用户此时已经有进程占用了这个端口号，这时候我们的客户端程序是跑不起来的，这就是端口冲突。
为了避免端口的冲突，我们不指定端口号，而是交给用户主机的操作系统自行指定端口号。

    public UdpEchoClient(String serverIP, int serverPort) throws SocketException {
        this.serverPort = serverPort;
        this.serverIP = serverIP;
        socket = new DatagramSocket();//不用指定客户端的端口号，让用户自己的操作系统自己去安排端口号，避免端口号冲突
    }

启动程序

这里我们直接让用户从控制台输入要发送的数据，我们构建好请求数据包并发送到服务器上

//构建请求数据包
DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(),request.getBytes().length,
InetAddress.getByName(serverIP),serverPort);

//发送数据包
socket.send(requestPacket);

这里我们就使用了InetAddress.getByName()这个方法将本身是 String 类型的IP地址转化为机器能识别的IP地址。
然后要注意数据的长度一定是request.getBytes().length，不要写出字符串的长度，因为我们的数据是字节，字节的大小和字符的大小是不一样的。

最后就是传入目的地址也就是服务器的源IP和源端口号，然后发送给服务器那边。

接着就是接收服务器的响应，我们构建一个空的响应数据包来接收：

//接收数据包
DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);
socket.receive(responsePacket);

最后就是解析并打印响应内容了。

//打印响应数据
String response = new String(responsePacket.getData(),0,responsePacket.getLength());
System.out.println("响应：" + response);

最终代码

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

//客户端程序
public class UdpEchoClient {
    private DatagramSocket socket;
    private String serverIP;
    private int serverPort;

    public UdpEchoClient(String serverIP, int serverPort) throws SocketException {
        this.serverPort = serverPort;
        this.serverIP = serverIP;
        socket = new DatagramSocket();//不用指定客户端的端口号，让用户自己的操作系统自己去安排端口号，避免端口号冲突
    }

    public void start() throws IOException {
        System.out.println("欢迎来到客户端...");
        Scanner scan = new Scanner(System.in);
        while(true) {
            //用户从控制台输入数据
            System.out.println("请输入你要发送的数据：");
            while(!scan.hasNext()) {
                break;
            }
            String request = scan.nextLine();

            //构建请求数据包
            DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(),request.getBytes().length,
                    InetAddress.getByName(serverIP),serverPort);

            //发送数据包
            socket.send(requestPacket);

            //接收数据包
            DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);
            socket.receive(responsePacket);

            //打印响应数据
            String response = new String(responsePacket.getData(),0,responsePacket.getLength());
            System.out.println("响应：" + response);
        }
    }

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

由于我这里是使用一台主机的两个进程来模拟客户端和服务器的，所以IP地址指定为"127.0.0.1"，这是每台主机默认的IP地址，端口号这里指定为 9090，最后大家运行两个程序，就可以看到下面的效果了。

效果展示：