回显服务器（基于UDP）

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：数据的接收方进程，称为接收端。接收端主机即网络通信中的目的主机

（发送端和接收端是相对的）

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

服务端和客户端

服务端：在常见的网络数据传输场景下，将提供服务的一方进程，称为服务端，可以提供对外服务

客户端：获取服务的一方进程，称为客户端

对于服务来说，一般是提供：

客户端获取服务资源：

** 客户端保存资源在服务端：**

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，或是提示保存资源的处理结果）

API学习

DatagramSocket

DatagramSocket是UDP Socket，用于发送和接收UDP数据报

构造方法：
方法说明DatagramSocket()创建一个UDP数据报套接字的Socket，绑定到本机任意一个随机端口（一般用于客户端）DatagramSocket(int port)创建一个UDP数据报套接字的Socket，绑定到本机指定的端口（一般用于服务端）
常用方法：
方法说明void receive(DatagramPacket p)从此套接字接收数据报（如果没有接收到数据报，该方法会阻塞等待）void send(DatagramPacket p)从此套接字发送数据包（不会阻塞等待，直接发送）void close关闭此数据报套接字

DatagramPacket

DatagramPacket是UDP Socket发送和接收的数据报

构造方法：
方法说明DatagramPacket(byte[] buf, int length)构造一个DatagramPacket用来接收数据报，接收的数据保存在字节数组（buf）中，接收指定长度（length）DatagramPacket(byte[] buf, int length, SocketAddress address)构造一个DatagramPacket用来发送数据报，发送的数据在字节数组（buf），发送指定长度（length），address指定目的主机的IP地址和端口号DatagramPacket(byte[] buf, int int length, InentAddress, int port)构造一个DatagramPacket用来发送数据报，发送的数据保存在字节数组（buf），发送指定长度（length）到address主机的port端口
** 常用方法：**
方法说明InetAddress getAddress()从接收的数据报中，获取发送端主机IP地址和端口号；或从发送的数据报中，获取接收端主机IP地址和端口号int getPort()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byte[] getData()获取数据报中的数据
构造UDP发送的数据报时，需要传入 SocketAddress，该对象可以使用InetSocketAddress来创建

InetSocketAddress

InetSocketAddress（SocketAddress的子类）构造方法：
方法说明InetSocketAddress(InetAddress addr, int port)创建一个Socket地址，包含IP地址和端口号

回显服务器实现

回显服务器的业务逻辑较为简单，通过编写回显服务器，我们能够进一步熟悉相关API和编写流程

服务器接收客户端的请求，返回响应，响应的内容是客户端发送的请求内容（即客户端发什么，服务端响应什么）

其中，涉及到客户端和服务端，我们先实现服务端相关逻辑

服务端

思路分析

对于服务器，要实现的内容有：

1. 接收客户端发送的请求

2. 读取解析请求，并根据请求计算响应

3. 将响应返回给客户端

在实现服务器过程中我们需要注意的是，由于服务器要等到客户端发送请求时才能进行接收、解析、计算响应等操作，而服务器不知道客户端什么时候发送请求，因此服务器需要一直“待命”，等待客户端发送请求

具体实现

首先我们需要创建一个 DatagramSocket 对象用于接收UDP数据报，并通过构造方法来指定服务器要绑定的端口号

import java.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketException;

public class UdpEchoServer {
    DatagramSocket socket = null; //创建 DatagramSocket 对象用于发送和接收UDP数据报
    public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {
        socket = new DatagramSocket(port);
    }
}

接下来，我们实现服务器的启动，接收客户端发送的请求并解析

    //启动服务器
    public void start() throws IOException {
        System.out.println("启动服务器");
        while (true) {//服务器需要长期、返回地接收请求、处理请求
            // 接收请求并解析
            //创建 DatagramPacket 对象用于接收客户端发送的数据报
            DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);
            //接收请求数据报
            socket.receive(requestPacket);
            //将读取到的字节数组转换成String 方便后续逻辑处理
            String request = new String(requestPacket.getData(), 0, requestPacket.getLength());
            
        }
    }

其中的receive()能够读取到一个UDP数据报，并将其放到requestPacket中，其中，UDP数据报的载荷部分被放到requestPacket内置的字节数组中，而报头部分，则会被requestPacket的其他属性保存。在执行到receive()时，若还没有客户端发来请求，则会先阻塞等待，直到接收到客户端发送的请求

接下来，根据请求计算响应，对于回显服务器，这一步非常简单，只需要将请求内容直接作为响应内容即可

    //启动服务器
    public void start() throws IOException {
        System.out.println("启动服务器");
        while (true) {//服务器需要长期、反复地接收请求、处理请求
           // 接收请求并解析
            //创建 DatagramPacket 对象用于接收客户端发送的数据报
            DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);
            //接收请求数据报
            socket.receive(requestPacket);
            //将读取到的字节数组转换成string 方便后续逻辑处理
            String request = new String(requestPacket.getData(), 0, requestPacket.getLength());

            //根据请求计算响应
            String response = process(request);
        }
    }
    public String process(String request){
        return request;
    }

基于字节数组构造出String，字节数组中保存的内容不一定是二进制数据，也可能是文件数据，而String既可以保存文本数据也可以保存二进制数据

最后，我们将响应返回到客户端

            //将响应返回给客户端
            //构造 DatagramPacket 对象用于存储向客户端发送响应内容
            DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(), response.getBytes().length,
                    requestPacket.getSocketAddress()); //此时需要传入发送数据的字节数组、数据长度和发送请求的客户端的IP地址和端口号
            //发送响应数据报
            socket.send(requestPacket);

在发送请求时，将请求中的源IP和源端口号，作为响应的目的IP和目的端口号，此时就能够将消息返回给客户端

为了方便观察程序的执行效果，我们可以打印日志

完整代码

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

public class UdpEchoServer {
    DatagramSocket socket = null;//创建 DatagramSocket 对象用于发送和接收UDP数据报
    public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {
        socket = new DatagramSocket(port);
    }

    //启动服务器
    public void start() throws IOException {
        System.out.println("启动服务器");
        while (true) {//服务器需要长期、反复地接收请求、处理请求
            // 接收请求并解析
            //创建 DatagramPacket 对象用于接收客户端发送的数据报
            DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);
            //接收请求数据报
            socket.receive(requestPacket);
            //将读取到的字节数组转换成string 方便后续逻辑处理
            String request = new String(requestPacket.getData(), 0, requestPacket.getLength());

            //根据请求计算响应
            String response = process(request);

            //将响应返回给客户端
            //构造 DatagramPacket 对象用于存储向客户端发送响应内容
            DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(), response.getBytes().length,
                    requestPacket.getSocketAddress()); //此时需要传入发送数据的字节数组、数据长度和发送请求的客户端的IP地址和端口号
            //发送响应数据报
            socket.send(requestPacket);
            //打印日志
            System.out.printf("[%s:%d] req: %s, resp: %s\n", responsePacket.getAddress().toString(), responsePacket.getPort(),
                    request, response);
        }
    }
    public String process(String request){
        return request;
    }
}

接下来，我们运行服务器：

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        UdpEchoServer server = new UdpEchoServer(9010);
        server.start();
    }

由于服务器要等待客户端发送请求后才能执行后续操作，因此，我们先实现客户端后再来观察效果

实现服务器后，我们接着实现客户端相关操作

客户端

思路分析

对于服务端要实现的内容有：

1. 从控制台读取用户输入的内容

2. 将内容构造成UDP请求，并发送给服务器

3. 等待服务器响应，当接收到服务器响应时，解析响应内容

4. 将响应内容显示到屏幕上

具体实现

首先，我们要创建一个 DatagramSocket 对象用于接收UDP数据报，但此时不需要手动指定端口号

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

public class UdpEchoClient {
    private DatagramSocket socket = null;
    private String serverIp;//服务器IP
    private int serverPort;//服务器端口号
    public UdpEchoClient(String serverIp, int serverPort) throws SocketException {
        this.serverIp = serverIp;
        this.serverPort = serverPort;
        socket = new DatagramSocket();
    }
}

由于我们要知道服务器的IP地址和端口才能向其发送请求，因此，在这里我们通过构造方法来指定服务器的IP和端口号

为什么服务器需要指定端口号，而客户端则是不需要？

对于服务器，需要手动指定端口，对于客户端，则一般不用手动指定，此时系统会自动分配一个空闲的端口号。这是因为对于客户端来说，无法保证手动指定的端口是可用的，因此由系统随机分配一个空闲的端口号，而对于服务器端口来说，我们事先知道服务器上有哪些端口被使用，因此我们可以确保指定的端口未被占用，此外，客户端要主动给服务器发起请求，通过服务器端口号找到服务器，若服务器端口号也随机分配，则客户端不能找到服务器

接下来我们启动服务器，并从控制台读取要发送的请求数据

    //启动服务器
    public void start(){
        System.out.println("启动客户端");
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        while (true){
            System.out.print("请输入:");
            if(!scanner.hasNext()){
               break; 
            }
            String request = scanner.next();
            
        }
    }

接下来，我们由输入的内容构造请求并发送

    //启动服务器
    public void start() throws IOException {
        System.out.println("启动客户端");
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        while (true){
            System.out.print("请输入:");
            if(!scanner.hasNext()){
               break;
            }
            String request = scanner.next();
            //构造请求并发送
            DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(),
                    request.getBytes().length, InetAddress.getByName(serverIp), serverPort);
            socket.send(requestPacket);
        }
    }

由于数据报需要进行发送，因此需要有目的主机的IP地址和端口号，而构造方法中传入的IP地址是字符串类型，且是点分十进制风格的（例如“127.0.0.1”），因此我们需要使用 InetAddress.getByName 创建InetAddress对象

然后我们需要读取服务器返回的响应并显示

            //读取服务器返回的响应
            DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);
            socket.receive(responsePacket);
            //将响应显示到控制台上
            String response = new String(responsePacket.getData(), 0, responsePacket.getLength());
            System.out.println(response);

接着我们运行客户端：

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        UdpEchoClient client = new UdpEchoClient("127.0.0.1", 9010);
        client.start();
    }

完整代码

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

public class UdpEchoClient {
    private DatagramSocket socket = null;
    private String serverIp;//服务器IP
    private int serverPort;//服务器端口号
    public UdpEchoClient(String serverIp, int serverPort) throws SocketException {
        this.serverIp = serverIp;
        this.serverPort = serverPort;
        socket = new DatagramSocket();
    }
    //启动服务器
    public void start() throws IOException {
        System.out.println("启动客户端");
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        while (true){
            System.out.print("请输入:");
            if(!scanner.hasNext()){
               break;
            }
            String request = scanner.next();
            //构造请求并发送
            DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(),
                    request.getBytes().length, InetAddress.getByName(serverIp), serverPort);
            socket.send(requestPacket);
            //读取服务器返回的响应
            DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);
            socket.receive(responsePacket);
            //将响应显示到控制台上
            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("127.0.0.1", 9010);
        client.start();
    }
}

运行测试

此时，我们同时运行服务器和客户端，并输入请求观察代码是否存在问题：

客户端：

服务器：

此时我们看到，客户端输入的请求后响应成功显示，且服务器记录日志正确