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网络编程套接字之UDP

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文章目录

一、网络编程

我们网络编程的核心: Socket API，操作系统为我们应用程序提供的API，我们的Socket是和传输层密切相关的。

我们传输层为我们提供了两个最核心的协议UDP/TCP，所以我们的Socket API也为我们提供了TCP/UDP。
简单认识一下TCP/UDP：
TCP 有连接 可靠传输 面向字节流 全双工
UDP 无连接 不可靠传输 面向数据报 全双工

TCP：
特点：

  1. 使用TCP协议，必须双方先建立连接，它是一种面向连接的可靠通信协议
  2. 传输前，采用”三次握手"方式建立连接，所以是可靠的
  3. 在连接中可进行大数据量的传输
  4. 连接、发送数据都需要确认，且传输完毕后，还需释放已建立的连接，通信效率低

应用场景：对信息安全要求较高的场景，例如：文件下载、金融等数据通信
TCP：
特点：

  1. UDP是一种无连接，不可靠传输协议
  2. 将源IP、目的IP和端口封装成数据包，不需要建立连接
  3. 每个数据包大小限制在64kb内
  4. 发送不管对方是否准备好，接收方收到也不确认，所以是不可靠的
  5. 可以广播发送，发送数据结束时无需释放资源，开销小，速度快 应用场景： 语音通话，视频会话等

二、UDP数据报套接字编程

DatagramSocket

DatagramSocket 这个类表示一个Socket对象，我们操作系统中，把socket对象是当作一个文件来处理的。
一个Socket对象就可以与另一台主机进行通信了，如果要和不同的主机通信，就需要创建多个Socket对象
方法作用DatagramSocket()创建一个UDP数据报套接字的Socket，绑定到任意一个随机端口号(一般用于客户端)DatagramSocket(int port)创建一个UDP数据报套接字的Socket，绑定到本机指定端口(一般用于服务器)方法作用void receive(DatagramPacket p)从此套接字接收数据，如果没有接收到数据报，进行阻塞等待)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
我们的receive方法参数传入的是一个空的对象，receive方法内部会对这个对象进行填充，从而构造出结果数据，我们称这样的参数为输出型参数

DatagramPacket

DatagramPacket是UDP socket进行发送和接收的数据报。
方法作用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里，接受指定长度DatagramPacket(byte[] buf,int offset,int length,SocketAddress address)构造一个DatagramPacket用来发送数据报，发送的数据为字节数据，从0到指定长度，address用来指定目的主机的IP和端口号
DatagramPacket的一些方法：
方法作用InetAddress getAddress()从接受的数据报中，获取发送端IP地址，或从发送的数据报中，获取接收端主机IP地址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，获取接收端的端口号byte[] getData()获取数据报的数据

实现客户端服务器程序

我们在这里编写一个最简单的客户端服务器程序：回显服务器(echo server).
我们的服务器做的工作：收到请求，根据请求计算响应，返回响应，最重要的环节就是计算响应这一部分，我们的echo server省略了这一部分，接收到什么就返回什么。

EchoServer

我们网络编程，本质上是要操作网卡，但是网卡不方便我们直接操作，于是我们操作系统内核中，使用“socket"这样的文件来抽象表示网卡，所以我们要想进行网络通信，首先得有一个socket对象

publicclassEchoServer{privateDatagramSocket socket =null;}

我们的服务器，在真正创建对象的时候，需要绑定一个具体的端口号，为啥是具体的呢？因为我们的服务器在进行网络通信中，是属于比较被动的一方，如果我们使用的是系统随机进行分配的端口号，那么我们的客户端就不知道服务器端口号是多少，也就无法进行通信了。

publicEchoServer(int port)throwsSocketException{
        socket =newDatagramSocket(port);}

我们的UDP传输的基本单位是DatagramPacket.
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此时我们服务器接收到的DatagramPacket是一个特殊的对象，并不方便我们直接进行处理，我们可以把这里包含的数据拿出来，构造成一个字符串。

String request =newString(requestPcket.getData(),0, requestPcket.getLength());

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我们在创建DatagramPacket给的最大长度是4096，但我们实际可能只用了一小部分，因此我们在构造字符串时，通过getLength()获取数据报实际的长度。
我们获取到了客户端的请求之后然后我们对请求进行处理，我们这里实现的是接收什么，回应什么。
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publicStringprocess(String request){return request;}

然后我们将这个响应发送给客户端，首先我们需要构造出DatagramPacket对象。

DatagramPacket responsePacket =newDatagramPacket(response.getBytes(),response.getBytes().length);

因为我们的DatagramPacket不认字符只认字节，所以我们将response转换为字节数组。
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答案是不可以，因为response.length()获取的是字符的个数，response.getBytes().length获取的是字节的个数。
我们这里的DatagramPacket的构造还是有一点点问题，我们这里的数据是构建好了，那给谁发呢？

DatagramPacket responsePacket =newDatagramPacket(response.getBytes(),response.getBytes().length,
                    requestPcket.getSocketAddress());

我们在参数中，应该传入客户端的地址信息。
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然后进行发送

socket.send(responsePacket);

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数据到达网卡，经过内核层层分用，最终到达了UDP传输层协议，调用receive相当于是执行内核中udp相关的代码，将UDP数据报的载荷取出来，拷贝到用户提供的byte[] 数组中。

publicclassEchoServer{privateDatagramSocket socket =null;publicEchoServer(int port)throwsSocketException{
        socket =newDatagramSocket(port);}publicvoidstart()throwsIOException{System.out.println("服务器启动!");while(true){DatagramPacket requestPcket =newDatagramPacket(newbyte[4096],4096);
            socket.receive(requestPcket);String request =newString(requestPcket.getData(),0, requestPcket.getLength());String response =process(request);DatagramPacket responsePacket =newDatagramPacket(response.getBytes(),response.getBytes().length,
                    requestPcket.getSocketAddress());
            socket.send(responsePacket);//打印本次请求响应的结果System.out.printf("[%s:%d] req: %s; resp: %s\n",requestPcket.getAddress().toString(),
                    requestPcket.getPort(),request,response);}}publicStringprocess(String request){return request;}}

客户端

我们在构造客户端Socket对象时，不需要显式的去绑定一个端口，而是由系统分配一个空闲端口。

服务器的端口：需要固定指定，为了方便客户端找到服务器程序。
客户端的端口：由系统自动分配的，如果我们手动指定，可能会与客户端其他程序的端口冲突
为什么服务器不怕冲突？
因为服务器上面的程序可控，而客户端是运行在我们用户电脑上，环境复杂，更不可控。

首先我们需要创建一个Socket对象，并且获取服务器的ip和端口号

privateDatagramSocket socket =null;privateString serverIp =null;privateint serverPort =0;publicEchoClient(String serverIp,int serverPort)throwsSocketException{
        socket =newDatagramSocket();this.serverIp = serverIp;this.serverPort = serverPort;}

我们一次网络通信涉及到五元组:
源IP，源端口，目的IP，目的端口，协议类型。

然后从控制台接收我们需要发送端数据。

System.out.print("> ");String request = scan.next();if(request.equals("exit")){System.out.println("客户端退出");break;}

我们将request字符串构造成DatagramPacket进行发送。

DatagramPacket requestPacket =newDatagramPacket(request.getBytes(),request.getBytes().length,InetAddress.getByName(serverIp),serverPort);

我们在构造DatagramPacket的时候，需要将ip和端口号都传入，此处需要传入的IP是32位的整数形式，但我们这里的ip是字符串，所以需要使用InetAddress.getByName进行转换，然后进行发送。

socket.send(requestPacket);

我们将请求发送给服务器之后，我们来接收一下服务器的响应。

DatagramPacket responsePacket =newDatagramPacket(newbyte[4096],4096);
            socket.receive(responsePacket);String response =newString(responsePacket.getData(),0,responsePacket.getLength());System.out.println(response);

publicclassEchoClient{privateDatagramSocket socket =null;privateString serverIp =null;privateint serverPort =0;publicEchoClient(String serverIp,int serverPort)throwsSocketException{
        socket =newDatagramSocket();this.serverIp = serverIp;this.serverPort = serverPort;}publicvoidstart()throwsIOException{System.out.println("客户端启动!");Scanner scan =newScanner(System.in);while(true){System.out.print("> ");String request = scan.next();if(request.equals("exit")){System.out.println("客户端退出");break;}DatagramPacket requestPacket =newDatagramPacket(request.getBytes(),request.getBytes().length,InetAddress.getByName(serverIp),serverPort);
            socket.send(requestPacket);DatagramPacket responsePacket =newDatagramPacket(newbyte[4096],4096);
            socket.receive(responsePacket);String response =newString(responsePacket.getData(),0,responsePacket.getLength());System.out.println(response);}}}

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我们分别启动客户端和服务器
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我们此处显示的客户端IP是环回IP，端口号是系统随机分配的。
我们客户端服务器程序，一个服务器是给许多客户端提供服务的，但是我们IDEA默认只能启动一个客户端，我们需要手动设置一下。
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现在我们就可以创建多客户端与服务器进行通信了。
端口冲突
一个端口只能被一个进程使用，如果有多个使用就不行。
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标签： 网络 udp tcp/ip
本文转载自: https://blog.csdn.net/buhuisuanfa/article/details/128862040
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