Java网络编程——UDP通信原理

一、TCP和UDP概述

传输层通常以TCP和UDP协议来控制端点与端点的通信

	TCP	UDP
协议名称	传输控制协议	用户数据包协议
是否连接	面向连接的协议。数据必须要建立连接	无连接的协议，每个数据报中都给出完整的地址信息，因此不需要事先建立发送方和接受方的连接
是否可靠	可靠协议。确保收方完全地获取发送方所发送的全部数据	不可靠协议。发送方所发送的数据报并不一定以相同的次序到达接收方。
可以传输的数据大小	传输数据大小不受限制。一旦连接建立，双方可以按统一的格式传输大的数据	传输数据时是有大小限制的。每个被传输的数据报必须限定在64KB之类
数据传输方式	IO流	DatagramPacket

二、UDP

1.UDP通信概述

UDP协议是一种对等通信的实现，发送方只需要接受方的IP（地址）和Port（端口），就可以直接向它发送数据，不需要线连接。每个程序都可以作为服务器，也可以作为客户端。UDP是一种无连接的传输协议，每个数据报的大小限定在64KB以内。数据报是一个在网络上发送的独立信息，它的到达。到达时间以及内容本身等都不能得到保证。这种传输方式是无序的，也不能确保绝对的安全可靠，但它很简单也具有较高的效率。
使用UDP协议进行数据传输是，需要将需要传输数据定义为数据报（DatagramPaket），在数据报中指明数据所要到达Socket（主机地址和端口号），然后再将数据报发送出去。实例化DatagramPacket时使用参数port和没有使用参数port的区别在与，提供port的一方可以让别人主动发送消息过来，而没有参数port的则会在发送消息时自动绑定一个本地没有使用的端口。在接收到发送的数据报（DatagramPaket）时，不仅可以获取数据，还可以获得发送方的IP和Port，这样就可以向发送方发送数据，因此，本质上二者是对等的。

2.UDP通信特点

1、UDP是一种无连接的协议，每个数据报都是一个独立的信息，包括完整的原地址或目的地址，它在网络上任何可能的路径传往目的地，因此能否到达目的地，到达目的地的时间以及内容的正确性都是不能被保证的。
2、UDP不属于连接型协议，因而具有资源消耗小，处理速度快的优点，所以通常音频视频和普通数据在传输时使用UDP较多，因为它们即使偶尔丢一两个数据包，也不会对接收结果产生太大的影响。

3.UDP通信传输实现的基石

UDP通信的Socket使用DatagramSocket类实现，数据报使用DatagramPaket实现

3.1、DatagramPake常用方法

InetAddress getAddress（）	得到发送方IP地址
int getPort（）	得到发送方的端口号
byte[] getData（）	返回接收缓冲区，这是一个byte[]
int getLength（）	接收字节的真实大小，通常用于从byte[]中提取出有效数据
int getOffset（）	返回将要发送或则接收的数据偏移量

3.2、DatagramSocket常用方法

DatagramSocket（）	空构造函数
DatagramSocket（int port）	指定通信端口
void receive（DatagramPaket p）	接收数据报
void send（DatagramPaket p）	发送数据报
void close（）	关闭Socket

4.UDP通信实现原理

无论一个UDP通信程序的功能多么功能齐全，程序多么复杂，七基本结构都是一样的，都包括以下四个基本步骤
1、在接收端指定一个端口号来创建DatagramSocket，然后创建一个接收数据报（DatagramPaket），使用recevie方法等待发送方请求报文，这将阻塞服务器线程
2、在发送方创建一个DatagramSocket，使用接收方的IP和端口来创建发送数据报（DatagramPaket），使用send方法发送。现在接收方的recevie方法被唤醒，同时会将发送方的数据报内容填充到接收方的DatagramPaket中。
3、接收方从发送方的数据报中获得发送方的IP和端口，使用它们构造一个发送数据报，然后发送给发送方，这样就实现了发送方和接收方的通信
4、在通信完成后，在客服端和服务端中分别关闭Socket

5.UDP通信原理（代码实现）

代码如下（发送端）：

import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;

public class SendMessage {

public static void main(String[] args) throws Exception {
// 创建发送端Socket对象
DatagramSocket sendSocket = new DatagramSocket();
// 准备需要发送的数据
String message = "hello";
// 创建一个缓冲区
byte[] messageByte = message.getBytes();
// 获取缓冲区中数据的真实长度
int messageLen = message.length();
// InetAddress实例化获取本机通信地址
InetAddress address = InetAddress.getLocalHost();
// 设置通信端口号
int port = 12345;
// 打包数据
DatagramPacket sendPacket = new DatagramPacket(messageByte, messageLen, address, port);
// 发送数据
sendSocket.send(sendPacket);
// 发送端等待接收端成功接收信息后返回的回应
// 创建一个缓冲区,容量尽量设置大一点因为不知道发送过来的信息有多大
byte[] recevieByte = new byte[1024*10];
int len = recevieByte.length;
// 接收数据报
DatagramPacket receivePacket = new DatagramPacket(recevieByte, len);
// 接收数据
sendSocket.receive(receivePacket);
// 获取接收端发送过来的真实长度以及数据
byte[] data = receivePacket.getData();
int length = receivePacket.getLength();
String receiveData = new String(data,0,length);
// 获取发送者的IP
address = receivePacket.getAddress();
String ip = address.getHostAddress();
System.out.println("接收来自:"+ip+"的数据，内容是:"+receiveData);
// 关闭资源
sendSocket.close();
}
}

代码如下（接收端）：

import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;

public class RecevieMessage {

public static void main(String[] args) throws Exception {
// 接收消息的端口（与发送端保持一致）
int port = 12345;
DatagramSocket recevieSocket = new DatagramSocket(port);
// 设置缓冲区接收发过来的信息
byte[] receiveByte = new byte[1024*10];
int len = receiveByte.length;
// 接收数据报
DatagramPacket receviePacket = new DatagramPacket(receiveByte, len);
// 接收数据
recevieSocket.receive(receviePacket);
// 获取实际接收到的数据及其大小
byte[] data = receviePacket.getData();
int length = receviePacket.getLength();
String receiveData = new String(data,0,length);
// 获取发送者的IP
InetAddress address = receviePacket.getAddress();
String ip = address.getHostAddress();
System.out.println("接收来自:"+ip+"的数据，内容是:"+receiveData);
// 接收端接收到信息后发送一条确认接收的消息到发送端
String message = "OK";
byte[] messageByte = message.getBytes();
int messageLength = message.length();
// 从已收到的数据报中获取IP和port
address = receviePacket.getAddress();
int port1 = receviePacket.getPort();
//构造新数据报
DatagramPacket sendPacket = new DatagramPacket(messageByte, messageLength, address, port1);
// 发送数据
recevieSocket.send(sendPacket);
// 关闭资源
recevieSocket.close();
}
}

发送端输出结果：

接收端输出结果：

总结

注意：在发送端与接收端启动测试时最好最好先启动接收端，因为这样才能确保信息能发送出去，接收端能接收到信息。