网络编程入门之UDP编程

欢迎各位帅哥美女来捧场，本文是介绍UDP网络编程。在这里，你会见到最详细的教程；细致到每一行代码，每一个api的由来和使用它的目的等。

1.UDP相关API

想要实现UDP编程，肯定要掌握一些用来操作udp的api，主要两个类，多个方法。

1.1.两个类

这两个类包括：DatagramSocket和DatagramPacket，至于这两个类里面的方法，下一个小标题介绍。

（1）DatagramSocket类

这个类，是用来操作网卡的，也就是用来创造服务器/客户端。可以获取到操作网卡的一个流对象，用来发送数据、接收数据、关闭流对象

（2）DatagramPacket类

这个类用来表示udp数据报，也就是用来保存数据的。DatagramPacket对象可以保存请求、响应、ip/端口号等信息。

1.2.两个类中的方法

（1）DatagramSocket类

• 构造方法
  方法签名解释DatagramSocket()无参构造。创造一个UDP数据报套接字的Socket，绑定到本机任意一个端口（一般用于客户端，系统会分配一个空闲的端口号）DatagramSocket(int port)创造一个UDP数据报套接字的Socket，并且绑定到本机指定端口号上（一般用于服务器）

  （1）无参构造方法一般用在客户端，不需要指定端口号，这种就是由系统随机分配空闲的端口号。（2）带参的构造方法，一般用在服务器，给服务器指定一个端口号；服务器需要在启动时就有端口号，方便客户端寻找。

• 普通方法
  方法签名说明void receive(DatagramPacket p)从这个套接字接收数据报，存到p中（如果没接收到，会阻塞等待）void send(DatagramPacket p)从这个套接字发送数据报p（不会阻塞，都是直接发送）void close()关闭这个数据报套接字（类似关闭流）

  上面三个就是udp通信的三部曲：接收请求、（解析请求）、发送响应（服务器）；发送请求、接收响应（客户端）；最后都需要关闭流（一般socket流对象和客户端服务器的声明周期一样，就不需要我们去主动关闭）

（2）DatagramPacket类

这是一个描述数据报的类，用来保存数据报。

• 构造方法
  方法签名说明DatagramPacket(byte[] bf,int length)构造一个数据报，并且使用字节数组接收数据，接受指定的长度DatagramPacket(byte[] bf,int offset,int length,SocketAddress address,(port))用来发送数据报。发送的数据在字节数组中，从offset到length长度。address包含目的主机的IP和端口号

  （1）第一个构造方法：一般用于接收信息，像服务器接收请求和客户端接收响应；构造一个空的udp数据报对象，参数是指定一块存放数据的空间，后面的长度表示这一块空间的可用部分。（2）第二个构造方法：一般用于发送信息，像服务器发送响应和客户端发送请求；构造一个带有信息的udp数据报。具体信息存在第一个参数(请求或者响应)，第二、三个参数表示信息的有效长度范围，第四个参数里面存放的是ip地址(也可以同时包含端口号)，第五个参数表示端口号(当前面一个参数没有包含端口号时)。

• 普通方法
  方法名解释InetAddress getAddress()从接收/发送的数据报中，获取发送端的主机IP或者接收端的主机IPint getPort()从接收的数据报中，获取发送端主机的端口号；或者获取发送端主机的端口号byte[] getData()获取数据报中的数据

  这些方法，就是用来获取udp数据报中的一些信息的，比如第一个获取ip地址，第二个获取端口号等，不过想要完成udp通信，掌握这几个方法还不够，但是现在先不介绍完，等到介绍完udp通信我们就一起介绍。

2.UDP编程

前置常识：接下来就是要编写一个关于udp的网络程序，就需要有服务器和客户端（两个不同的程序/进程），服务器是可以24*7h的处理请求的(我们写成死循环即可)，客户端随意(我们也写成死循环，表示可以不断发送请求)。

而且我们这里的服务器暂时作为一个回响服务器，也就是不解析请求，发送什么再发送回去即可。接下来就开始编程我们的第一个简单网络程序吧。

2.1.大体框架

（1）服务器

//各种包，这里先不写
//回显服务器
public class UdpEchoService {
    private  DatagramSocket socket = null;
    public UdpEchoService(int port) throws SocketException {
        socket = new DatagramSocket(port);//给服务器指定端口号
    }
    public void start() throws IOException {
        System.out.println("服务器启动！");
        while(true) {//写成死循环，用于不断处理客户端发来的请求
           //1.接收请求
           //2.解析请求
           //3.发送响应(解析好的请求)  
        }
    }
    public String service(String request) {//这个方法用来解析请求
        return request;
    }
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        UdpEchoService service = new UdpEchoService(1314);
        service.start();
    }
}

main方法用来启动服务器，会先调用构造方法，构造好一个服务器，然后里面会自动调用start方法，表示服务器真正的启动了(可以处理请求)

（2）客户端

//各种包，这里也暂时不写
public class UdpEchoClient {
    private DatagramSocket socket = null;
    private String Ip;
    private int port;
    public UdpEchoClient(String Ip,int port) throws SocketException {
        socket = new DatagramSocket();//系统随机分配端口号
        this.Ip = Ip;//记录服务器的ip地址
        this.port = port;//记录服务器的端口号
    }
    public void start() throws IOException {
        System.out.println("客户端启动！");
        Scanner in = new Scanner(System.in);
        while (true) {
            //1.输入请求
            //2.发送请求
            //3.接收响应(服务器处理好请求后返回)
            //4.打印响应  
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        UdpEchoClient client = new UdpEchoClient("127.0.0.1",1314);//绑定本主机的服务器
        client.start();
    }
}

这里的客户端同理，构造方法只是做好了准备工作，等到start方法后，才能真正的开始发送请求(客户端启动)

2.2.内容构造

（1）服务器

接下来，我们分别完善服务器的三步曲：接收请求、解析请求、返回响应。

• 接收请求

udp客户端发送过来的请求，是一个二进制/字节流数据，所以我们需要使用一个udp数据报对象来接收，也就是构造一个udp数据报对象

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

udp数据报对象中的参数相当于是一个“空盘子”，用来接收客户端发送过来的请求（udp数据报对象中没有实现，就需要我们自己指定一块空间）

当udp数据报对象构造完成后，就可以开始接收请求了

socket.receive(requestPacket);//接收请求，存放在requestPacket中

此时，我们就已经拿到客户端的请求了，但是此时是二进制信息，为了我们方便解析请求，所以我们打算将其转换成一个字符串请求

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

这里就是需要使用到一些DatagramPacket类的方法了。

（1）第一个参数：前面介绍过多的，用来获取udp中的数据；（2）第二、三个参数，就是表示要获取udp中信息的范围，表示从0到二进制信息结尾（getLength()求的是什么长度？）（3）最后，String有提供相关的构造方法，用于将二进制数据转化成字符串数据

完整的接收请求代码：

//1.接收请求
DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);

socket.receive(requestPacket);

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

• 解析请求

这一步就比较简单了，因为是回显服务器，只需要发送什么就返回什么即可；但是还是要做做样子，假装经过方法解析，然后得到一个响应。

//2.计算响应
String response = service(request);

计算请求的方法：

public String service(String request) {
     return request;
}

这一步很简单

• 返回响应

我们现在拿到的响应是一个string，返回时需要的是一个udp，所以也需要转化一下才行，我们这里需要使用到上面的udp数据报构造方法

socket.send(responsePacket);

DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(),0,response.getBytes().length,
                    requestPacket.getSocketAddress());

这里有四个参数，需要解释一下：

（1）第一个参数：获取到字符串response中的数据；（2）第二、三个参数就是表示需要转化成的udp数据范围；（3）第四个参数：从前面接收的请求中获取客户端的ip地址（用来服务器确定响应是发给谁的）

通过上述的操作，此时responsePacket中就包含了响应和信息，接下来就可以返回响应了。

socket.send(responsePacket);

服务器的响应代码：

 public void start() throws IOException {
        System.out.println("服务器启动！");
        while(true) {
            //1.接收请求并解析
            DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);//构造udp数据报
            socket.receive(requestPacket);//接收客户端的请求
            String request = new String(requestPacket.getData(),0,requestPacket.getLength());//将二进制请求(udp数据报)转化成字符串(字符流)
            //2.计算响应
            String response = service(request);
            //3.返回响应
            DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(),0,response.getBytes().length,
                    requestPacket.getSocketAddress());
            socket.send(responsePacket);
            System.out.printf("[%s:%d] req=%s,resp=%s\n",requestPacket.getAddress(),requestPacket.getPort(),request,response);
            //                                                客户端请求     返回的响应                  客户端ip     端口
        }
    }
    public String service(String request) {
        return request;
    }

最下面有一个打印客户端信息的代码：前面两个就是获取ip地址和端口号的方法

回响服务器完整代码：

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

//回显服务器
public class UdpEchoService {
    private  DatagramSocket socket = null;
    public UdpEchoService(int port) throws SocketException {
        socket = new DatagramSocket(port);//给服务器指定端口号
    }
    public void start() throws IOException {
        System.out.println("服务器启动！");
        while(true) {
            //1.接收请求并解析
            DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);//构造udp数据报
            socket.receive(requestPacket);//接收客户端的请求
            String request = new String(requestPacket.getData(),0,requestPacket.getLength());//将二进制请求(udp数据报)转化成字符串(字符流)
            //2.计算响应
            String response = service(request);
            //3.返回响应
            DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(),0,response.getBytes().length,
                    requestPacket.getSocketAddress());
            socket.send(responsePacket);
            System.out.printf("[%s:%d] req=%s,resp=%s\n",requestPacket.getAddress(),requestPacket.getPort(),request,response);
            //                                                 客户端ip          客户端端口号                  客户端请求     返回的响应
        }
    }
    public String service(String request) {
        return request;
    }
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        UdpEchoService service = new UdpEchoService(1314);
        System.out.println("我是父类服务器");
        service.start();
    }
}

（2）客户端

现在只需要完成客户端的四部曲即可：输入请求、发送请求、接收响应、打印响应

• 输入请求

我们这里直接使用字符串来接收请求即可

System.out.print("请输入你的请求：");
//1.输入请求
String request = in.nextLine();

• 发送请求

因为我们输入的请求是一个字符串类型，而发送udp数据报是字节类型，也可以说是需要将字符串请求打包成一个udp数据报才能发送

打包请求：

DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(),0,request.getBytes().length,InetAddress.getByName(Ip),port);

这里同理，打包成一个DatagramPacket数据报，里面需要包含：请求和服务器的ip和端口号；前面三个参数就不多介绍，第四个参数是一个新的方法：InetAddress.getByName(int port)，用来……

发送请求：

socket.send(requestPacket);

发送请求完整代码：

//2.发送请求
DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(),0,request.getBytes().length,
                    InetAddress.getByName(Ip),port);
socket.send(requestPacket);

• 接收响应

当向服务器发送完请求后，就需要接收服务器返回回来的响应，类型是一个DatagramPacket数据报。

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

这里需要提前构造一个DatagramPacket数据报，然后再去接收。

• 打印响应

//4.打印请求
String response = new String(responsePacket.getData(),0,responsePacket.getLength());
 System.out.println("响应为："+response);

客户端完整代码：

//客户端
import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.SocketException;
import java.util.Scanner;

public class UdpEchoClient {
    private DatagramSocket socket = null;
    private String Ip;
    private int port;
    public UdpEchoClient(String Ip,int port) throws SocketException {
        socket = new DatagramSocket();
        this.Ip = Ip;
        this.port = port;
    }
    public void start() throws IOException {
        System.out.println("客户端启动！");
        Scanner in = new Scanner(System.in);
        while (true) {
            System.out.print("请输入你的请求：");
            //1.输入请求
            String request = in.nextLine();
            //2.发送请求
            DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(),0,request.getBytes().length,
                    InetAddress.getByName(Ip),port);
            socket.send(requestPacket);
            //3.接收响应
            DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);
            socket.receive(responsePacket);
            //4.打印请求
            String response = new String(responsePacket.getData(),0,responsePacket.getLength());
            //System.out.println("中文翻译为："+response);
            System.out.println("响应为："+response);
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        UdpEchoClient client = new UdpEchoClient("127.0.0.1",1314);//绑定本主机的服务器
        client.start();
    }
}

客户端服务器也就都写好了，接下来实验一下。

先启动服务器：

在启动客户端：

客户端发送请求：

服务器日志：

至此，UDP服务器-客户端编码完成。

执行流程图：

2.3.方法总结

在前面，我已经介绍过一次方法了，现在又准备介绍一次，是为了水字数吗？那当然不是，前面两个类中的一些方法，只是为了让你认识到这些类，和实例化了对象后该怎么去做。

接下来，我们再进一步结合代码来介绍方法，而且主要是和DatagramPacket有关的方法。

（1）获取ip地址和端口号

• 直接调用方法分别获得
  方法解释InetAddress getAddress()获取ip地址int getPort()获取端口号
  在代码中的体现

（2）求数据长度

这里是什么意思呢？你一定看过这些代码

这些求数据长度的有什么区别？该怎么使用？为什么要这样写？就是我们接下来要介绍的

• 字符和字节的区别

首先，字符>字节，一个字符可能包含多个字节。一个字符串，如果都是数字或者英文字母，那么它的字符数和字节数大概率是一样的；但是如果一个字符串中包含汉字等重量字符，那么字符数>字节数。

• 求长度的区别

如果本身是一个字节类型的字符串数据，那么我们直接取长度就好；但是如果是一个String类型的字符串，要将它转化成udp数据报，就需要先转化成字节类型，再求其长度。

如果本身是字节类型，就不需要转换；如果是字符串类型，就需要。原因：只要转化成最小单位，就不会遗漏数据

（3）字符串ip地址转成点分十进制格式

在客户端程序里面，有这么一个方法：

所以通过InetAddress.getByName(String ip)方法就可以将String类型的ip转换成一个java可以识别的ip对象(也就是InetAddress对象)
InetAddress.getByName(String ip)将字符串类型的ip地址转成java可识别的
（4）同时获得ip地址和端口号

服务器中的一段代码

目的是：现在服务器需要将响应发回客户端，就需要知道客户端的ip地址和客户端。
getSocketAddress()获取ip和端口号

返回一个InetSocketAddress对象，里面就包含ip地址和端口号

（5）获取数据

• 获取udp数据报中的数据
  byte[] getData()将udp中的数据存入一个字节数组中
  代码体现：

• 获取字符串中的数据
  byte[] getBytes()将字符串中的数据存入一个字节数组中
  代码体现：

以上就是udp客户端-服务器编程中使用到的方法了。