【JavaEE】UDP数据报套接字编程
目录
网络编程基础
基本概念
发送端和接收端
请求和响应
客户端和服务端
常见的客户端服务端模型
Socket套接字
TCP/UDP特点
Java数据报套接字通信模型(UDP通信)
UDP数据报套接字编程
DatagramSocket
1.类定义
2.构造方法
3.核心方法
4.特性说明
DatagramPacket
1.类定义
2.构造方法
3.关键方法
4.数据处理
协作机制
1.发送端流程
2.接收端流程
创建回显服务器--客户端
网络编程基础
网络编程，是指网络上的主机，通过不同的进程，以编程的方式实现网络通信(数据交互)
当然，我们主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
网络上的不同主机，基于网络来传输数据资源：
·进程A：编程来获取网络资源
·进程B：编程来提供网络资源
基本概念
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：数据的接受方进程，称为接收端。接受端主机即网络通信中的目的主机
收发端：发送端和接受端两端，也简称为收发端
注意：发送端和接受端是相对的。如下图：
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
客户端和服务端
客户端：获取服务的一方进程，称为客户端
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，可以提供对外服务
对于服务端来说，一般都是提供服务：
1.客户端获取服务资源(请求)--》服务端返回服务资源(响应)
2.客户端保存资源在服务端(请求服务端保存用户资源)--》服务端返回处理结果(响应)
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)
Socket套接字
概念：Socket(套接字)是网络通信的核心编程接口，它是操作系统提供的、基于TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元，用于实现进程间网络通信的底层工具。无论是Web服务器、即使通讯软件还是P2P应用，底层都依赖Socket实现数据传输。基于Socket套接字的网络程序开发就是网络编程。
socket在英文上有“插座”的意思，插座上有不同规格的插孔，我们将插头插入到对应的插孔当中就能实现电流的传输
在进行网络通信时，客户端就相当于插头，服务端就相当于一个插座，但服务端上可能会有多个不同的服务进程(多个插孔)，因此当我们在访问服务端时，需要指明服务进程的端口号(对应规格的插孔)，才能享受对应服务进程的服务
作用：Socket建立在TCP/IP协议之上，用于管理连接和传输数据。它允许在两台计算机之间通过网络进行数据交换
分类
Socket套接字主要针对传输层协议分为如下三类：
流套接字：使用传输层TCP协议
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
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字节
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(简单了解即可)
TCP/UDP特点
TCP：有连接、可靠传输、面向字节流、有接收缓冲区，也有发送缓冲区、大小不限
UDP：无连接、不可靠传输、面向数据报：有接受缓冲区，无发送缓冲区、大小受限(一次最多传输64k)
后续会详细讲解其中细节
Java数据报套接字通信模型(UDP通信)
对于UDP协议来说，具有无连接，面向数据报的特性，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。
在Java网络编程中，DatagramSokcet和DatagramPacket是UDP通信的核心搭档，它们的关系可以比喻为"邮局"和"信件"：
1.DatagramSocket(邮局)：
·是实际进行网络通信的端点，相当于一个能收发电报的邮局
·负责绑定端口、建立通信通道
·提供send()方法和receive()方法实现数据报传输
2.DatagramPacket(信件)：
·是要传输的数据载体，相当于装有具体内容的信封
·包含：
·数据缓冲区(信件内容)
·目标地址和端口(发送时的收件人信息)
·源地址和端口(接收时的发件人信息)
3.协作关系：
·发送过程：
1.将数据放入DatagramPacket(写信)
2.通过DatagramSocket的send()方法投递(寄信)
·接收过程
1.准备空的DatagramPacket作为容器(准备空信封)
2.通过DatagramSocket的receive方法收取(收信)
3.从DatagramPacket中提取数据和来源信息(拆信阅读)
4.依赖关系：
·DatagramSocket必须依赖DatagramPacket来传输实际数据
·没有DatagramPacket，DatagramSocket就像没有信封的邮局，无法完成通信任务
这种分工使得UDP通信既灵活又高效：DatagramSocket处理网络通信细节，DatagramPacket专注数据封装，二者配合实现了无连接的数据报传输模式
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，及接受端的数据报接收，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：
·
我们上述学习了UDP数据报的发送和接收的大致流程。现在我们学习如何用代码完成上述网络通信
UDP数据报套接字编程
我们在这里详细介绍DatagramSocket和DatagramPacket--UDP通信的核心搭档
DatagramSocket
1.类定义
public class DatagramSocket extends Object
表示用于发送和接收数据报的套接字，基于UDP协议实现
2.构造方法
1.DatagramSocket()：创建绑定到本地任意可用端口的套接字
2.DatagramSocket(int port)：创建绑定到指定本地端口的套接字
3.DatagramSocket(int port,InetAddress addr)：创建绑定到指定端口和本地地址的套接字
3.核心方法
注意：在send和receive方法中，传参为DatagramPacket类型。即：封装的数据报(在后续的DatagramPacket会学习到)
4.特性说明
·无连接：通信前无需建立连接，直接发送数据报
·不可靠传输：不保证数据送达，可能丢包或乱序
·高效性：适合实时性要求高的场景(如视频流传输)
DatagramPacket
1.类定义
public final class DatagramPacket extends Object
表示数据报，用于封装要发送或接收的数据
2.构造方法
3.关键方法
这里的getData()方法获取到的数据报字节数组是包含数据的
4.数据处理
·发送端：需明确指定目标地址和端口
·接受端：通过getData()和getLength()提取有效数据
·缓冲区管理：接收时需重置缓冲区长度(setLength() )以准备接收新数据
协作机制
1.发送端流程
1.创建DatagramSocket实例
2.准备发送数据并转换为字节数组
3.创建DatagramPacket，指定目标地址和端口
4.调用socket.send(packet)发送数据
5.关闭套接字(可选，长期运行的服务器通常不关闭)
代码示例：
// 创建发送端套接字
DatagramSocket senderSocket = new DatagramSocket();
// 准备数据
String message = "Hello UDP Server!";
byte[] data = message.getBytes();
// 创建目标地址
InetAddress serverAddress = InetAddress.getByName("localhost");
int serverPort = 9876;
// 构造数据包
DatagramPacket sendPacket = new DatagramPacket(
data,
data.length,
serverAddress,
serverPort
);
// 发送数据
senderSocket.send(sendPacket);2.接收端流程
1.创建DatagramSocket并绑定端口
2.创建DatagramPacket作为接收容器
3.循环调用socket.receive(packet)等待数据
4.解析数据报内容并处理
5.关闭套接字
代码示例：
// 创建接收端套接字
DatagramSocket receiverSocket = new DatagramSocket(9876);
// 准备接收缓冲区
byte[] buffer = new byte[1024];
DatagramPacket receivePacket = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);
while(true) {
// 接收数据（阻塞方法）
receiverSocket.receive(receivePacket);
// 解析数据
String receivedData = new String(
receivePacket.getData(),
0,
receivePacket.getLength()
);
// 获取发送方信息
InetAddress clientAddress = receivePacket.getAddress();
int clientPort = receivePacket.getPort();
// 处理数据（示例：打印信息）
System.out.println("Received from "
+ clientAddress.getHostAddress()
+ ":" + clientPort
+ " - " + receivedData);
// 重置缓冲区
receivePacket.setLength(buffer.length);
}创建回显服务器--客户端
回显服务器--客户端：客户端发送什么请求，服务器便返回什么
回显服务器UdpEchoServer
public class UdpEchoServer {
//回显服务器
//创建UDP套接字
private DatagramSocket socket=null;
//构造方法
public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {
socket=new DatagramSocket(port);
}
//启动服务器
public void start() throws IOException {
System.out.println("服务器启动");
while(true){
//循环一次，就相当于处理一次请求
//处理请求的过程，典型的服务器都是分成三个步骤的
//1.读取请求并解析
//DatagramPacket表示一个UDP数据报。此处传入的字节数组，就保存了UDP的载荷部分(数据)
DatagramPacket requestPacket=new DatagramPacket(new byte[4096],4096);
socket.receive(requestPacket);//用套接字socket接收数据报
//把读取到的二进制数据转成字符串。
String request=new String(requestPacket.getData(),
0,
requestPacket.getLength());
//2.根据请求，计算响应
//但是我们这里是回显服务器，这个环节相当于省略了
String response=process(request);
//3.把响应返回给客户端
//根据response构造Data'gramPacket，发送给客户端
//注意这里使用的是getBytes方法，传入字节数组以及其数组长度
//还需要传递 指定的目的ip和目的端口--接收到的请求中包含
DatagramPacket responsePacket=new DatagramPacket(response.getBytes(),
response.getBytes().length,
requestPacket.getSocketAddress());
socket.send(responsePacket);
//4.打印日志
System.out.printf("[%s:%d]req:%s,resp:%s\n",
requestPacket.getAddress().toString(),
requestPacket.getPort(),
request,response);
}
}
//根据请求得到响应
private String process(String request) {
return request;
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
UdpEchoServer server=new UdpEchoServer(9090);
server.start();
}
}回显客户端UdpEchoClient
public class UdpEchoClient {
//回显客户端--UDP
private DatagramSocket socket=null;
//UDP本身不保存对端的信息，我们这里在代码中可以自己手动保存
private String serverIp;
private int serverPort;
public UdpEchoClient(String serverIp,int serverPort) throws SocketException {
this.serverIp=serverIp;
this.serverPort=serverPort;
socket=new DatagramSocket();
}
public void start() throws IOException {
Scanner sc=new Scanner(System.in);
while(true){
//1.从控制台读取用户输入的内容
System.out.println("请输入要发送的内容：");
if(!sc.hasNext()){//如果无输入，则结束循环
break;
}
String request=sc.next();
//2.把请求发送给服务器--->构造DatagramPacket对象
//注意：构造过程中，不光需要载荷(数据)，还需设置服务器的IP(目的ip)和端口(目的端口)
DatagramPacket requestPacket=new DatagramPacket(request.getBytes(),
request.getBytes().length,
InetAddress.getByName(serverIp),
serverPort);
//3.发送数据报
socket.send(requestPacket);
//4.接收服务器的响应
DatagramPacket responsePacket=new DatagramPacket(new byte[4096],4096);
socket.receive(responsePacket);
//5.将从服务器读取的数据进行解析，并打印下来
String response=new String(responsePacket.getData(),
0,
responsePacket.getLength());
System.out.println(response);
}
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
UdpEchoClient client=new UdpEchoClient("127.0.01",9090);
client.start();
}
}运行结果：
服务器：
客户端：
