UDP数据报套接字编程

UDP数据报套接字编程

DatagramSocket API

        DatagramSocket，是UDP Socket，用于发送和收 UDP 数据报。使用这个类，表示一个 socket 对象。一个 socket 对象只能跟一台主机进行通信。在操作系统中，把这个 socket 对象当成一个文件来处理的，相当于是 文件描述符表 上的一项。

构造方法：

普通方法：

        此处传入的 DatagramPacket p 相当于是一个空的对象。receive 方法内部会对这个空对象进行内容填充，从而构造出结果数据。这个参数是一个“输出型参数”。

DatagramPacket API

        DatagramPacket是UDP Socket发送和接收的数据报。表示 UDP 中传输的一个报文，构造这个对象，可以指定一些具体的数据进去。 

构造方法：

普通方法：

        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 API

InetSocketAddress （ SocketAddress 的子类 ）构造方法：

示例一：回显服务器

        一个普通的服务器包括：收到请求，根据请求计算响应（业务逻辑），返回响应。这里就直接省略了业务逻辑。以下为一个客户端一次数据发送，和服务端多次数据接收（一次发送一次接收，可以接收多次），即只有客户端请求，但没有服务端响应的示例：

服务器端 

服务器的工作流程：

1. 读取请求并解析

2. 根据请求计算响应

3. 构造响应并写回给客户端 

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketException;
 
// UDP 版本的回显服务器
public class UdpEchoServer {
    // 网络编程, 本质上是要操作网卡.
    // 但是网卡不方便直接操作. 在操作系统内核中, 使用了一种特殊的叫做 "socket" 这样的文件来抽象表示网卡.
    // 因此进行网络通信, 势必需要先有一个 socket 对象.
    private DatagramSocket socket = null;
 
    // 对于服务器来说, 创建 socket 对象的同时, 要让他绑定上一个具体的端口号.
    // 服务器一定要关联上一个具体的端口的!!!
    // 服务器是网络传输中, 被动的一方. 如果是操作系统随机分配的端口, 此时客户端就不知道这个端口是啥了, 也就无法进行通信了!!!
    public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {
        socket = new DatagramSocket(port);
    }
 
    public void start() throws IOException {
        System.out.println("服务器启动!");
        // 服务器不是只给一个客户端提供服务就完了. 需要服务很多客户端.
        while (true) {
            // 只要有客户端过来, 就可以提供服务.
            // 1. 读取客户端发来的请求是啥.
            //    receive 方法的参数是一个输出型参数, 需要先构造好个空白的 DatagramPacket 对象. 交给 receive 来进行填充.
            DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);   //   客户在空白纸条上写着要吃东北大饼
            socket.receive(requestPacket);   //  客户让商家做大饼
 
            // 此时这个 DatagramPacket 是一个特殊的对象, 并不方便直接进行处理. 可以把这里包含的数据拿出来, 构造成一个字符串.
            String request = new String(requestPacket.getData(), 0, requestPacket.getLength());
            // 2. 根据请求计算响应, 由于此处是回显服务器, 响应和请求相同.
            String response = process(request);   //   商家做好了
 
            // 3. 把响应写回到客户端. send 的参数也是 DatagramPacket. 需要把这个 Packet 对象构造好.
            //    此处构造的响应对象, 不能是用空的字节数组构造了, 而是要使用响应数据来构造.
            DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(), response.getBytes().length,
                    requestPacket.getSocketAddress());   //DatagramPacket 这个只认字节，因此必须得response.getBytes() 再获取长度
            socket.send(responsePacket);   //商家把大病给客户
 
            // 4. 打印一下, 当前这次请求响应的处理中间结果.
            System.out.printf("[%s:%d] request: %s; response: %s\n", requestPacket.getAddress().toString(),
                    requestPacket.getPort(), request, response);
        }
    }
 
    // 这个方法就表示 "根据请求计算响应"
    public String process(String request) {
        return request;
    }
 
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 端口号的指定, 大家可以随便指定.
        // 1024 -> 65535 这个范围里随便挑个数字就行了.
        UdpEchoServer server = new UdpEchoServer(6666);
        server.start();
    }
}

客户端

        服务器的 端口 是要固定指定的：目的是为了方便客户端找到服务器程序。

        客户端的 端口 是由系统自动分配的：如果手动指定，可能会和客户端其他程序的端口有冲突。服务器不怕冲突是因为服务器上面的程序可控，通过命令能看到哪些端口是空闲的；客户端是运行在客户电脑上的，不确定性太大。

import java.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketException;
 
// UDP 版本的 回显客户端
public class UdpEchoClient {
    private DatagramSocket socket = null;
    private String serverIp = null;
    private int serverPort = 0;
 
    // 一次通信, 需要有两个 ip, 两个端口.
    // 客户端的 ip 是 127.0.0.1 已知.
    // 客户端的 port 是系统自动分配的.
    // 服务器 ip 和 端口 也需要告诉客户端. 才能顺利把消息发个服务器.
    public UdpEchoClient(String serverIp, int serverPort) throws SocketException {
        socket = new DatagramSocket();
        this.serverIp = serverIp;
        this.serverPort = serverPort;
    }
 
    public void start() {
        System.out.println("客户端启动!");
        while (true) {
            // 1. 从控制台读取要发送的数据
            // 2. 构造成 UDP 请求, 并发送
            // 3. 读取服务器的 UDP 响应, 并解析
            // 4. 把解析好的结果显示出来.
        }
    }
}

客户端启动后会发送一个"hello world!" 的字符串到服务端，在服务端接收后，控制台输出内容如下：

从以上可以看出，发送的UDP数据报（假设发送的数据字节数组长度为M），在接收到以后（假设接收

的数据字节数组长度为N）：

1. 如果N>M，则接收的byte[]字节数组中会有很多初始化byte[]的初始值0，转换为字符串就是空白

字符；

2. 如果N

数组长度更短）。

要解决以上问题，就需要发送端和接收端双方约定好一致的协议，如规定好结束的标识或整个数据的长度。

示例二：请求响应

示例一只是客户端请求和服务端接收，并没有包含服务端的返回响应。以下是对应请求和响应的改造：

构造一个展示服务端本地某个目录（BASE_PATH）的下一级子文件列表的服务

（1）客户端先接收键盘输入，表示要展示的相对路径（相对BASE_PATH的路径）

（2）发送请求：将该相对路径作为数据报发送到服务端

（3）服务端接收并处理请求：根据该请求数据，作为本地目录的路径，列出下一级子文件及子文件夹

（4）服务端返回响应：遍历子文件和子文件夹，每个文件名一行，作为响应的数据报，返回给客户端

（5）客户端接收响应：简单的打印输出所有的响应内容，即文件列表。

为了解决空字符或长度不足数据丢失的问题，客户端服务端约定好统一的协议：这里简单的设计为

ASCII结束字符 \3 表示报文结束。

以下为整个客户端服务端的交互执行流程：

---------------------------------------------------

等待接收UDP数据报...

客户端IP：127.0.0.1

客户端端口号：57910

客户端发送的原生数据为：[104, 101, 108, 108, 111, 32, 119, 111, 114, 108, 100, 33,

0, 0, 0, ...此处省略很多0]

客户端发送的文本数据为：hello world!           

---------------------------------------------------

等待接收UDP数据报...客户端

服务端

①服务端监听端口

Q W E R T Y U I O P

A S D F G H J K L

Z X C V B N M

space

.?123

return

②等待接收UDP数据报

③客户端输入要发送的内容

④发送数据报

⑥返回响应：发送响应的数据报

⑤接收到UDP数据报，解析处理

⑦接收到响应UDP数据报，解析

约定好统一的请求协议：

\3作为结束符

客户端发送和服务端解析数据

约定好统一的响应协议：

\3作为结束符

服务端发送和客户端解析数据

以下为服务端和客户端代码：

UDP服务端

           System.out.println("等待接收UDP数据报...");

           // 3.等待接收客户端发送的UDP数据报，该方法在接收到数据报之前会一直阻塞，接收到数

据报以后，DatagramPacket对象，包含数据（bytes）和客户端ip、端口号

           socket.receive(requestPacket);以上服务端运行结果和示例一是一样的：

UDP客户端

           

客户端启动后会等待输入要展示的路径：方法签名

方法说明

ServerSocket(int port)

创建一个服务端流套接字Socket，并绑定到指定端口

方法签

名

方法说明

Socket

accept()

开始监听指定端口（创建时绑定的端口），有客户端连接后，返回一个服务端Socket

对象，并基于该Socket建立与客户端的连接，否则阻塞等待

void

close()

关闭此套接字

在输入想查看的目录路径后，会接收并打印服务端响应的文件列表数据：

此时服务端也会打印接收到的客户端请求数据：