UDP客户端、服务端及简易聊天室实现 —— Java

UDP 协议（用户数据包协议）
UDP 是无连接通信协议，即在数据传输时，数据的发送端和接收端不建立逻辑连接，简单来说，当客户端向接收端发送数据时，客户端不会确认接收端是否存在，就会发出数据。同样接收端在接收数据时，也不会向发送端反馈是否收到数据
由于使用 UDP 协议消耗资源小，通信效率高，所以通常都会用于音频、视频和普通数据传输
例如：视频会议通常采用 UDP 协议，因为这种情况即使偶尔丢失一两个数据包，也不会对接收结果产生太大影响。但是在使用 UDP 协议传送数据时，由于 UDP 的面向无连接性，不能保证数据的完整性，因此在传输重要数据是不建议使用 UDP 协议

客户端与服务器端图解

TCP 是基于字节流的传输层通信协议，所以 TCP 编程是基于 IO 流编程

Java：实现UDP协议发送/接收数据

UDP 通信编程
发送 数据
1..创建 DatagramSocket 对象
不传参，指定端口。（发送端口）
2.创建 DatagramPacket 对象
需传入指定的byte数组，长度，要发送的地址，接收的端口号。
3.发送数据
4.关闭

 客户端：

package com.lpy.socketdemo2;import java.io.IOException;
import java.net.*;
import java.nio.charset.StandardCharsets;public class SendDemo {public static void main(String[] args) throws IOException {// 创建 DatagramSocket 对象   DatagramSocket ds = new DatagramSocket();String str = "hello world";byte[] bytes = str.getBytes();InetAddress address = InetAddress.getByName("127.0.0.1");int port = 80;// 创建 DatagramPacket 对象 DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes, bytes.length, address, port);// 发送数据ds.send(dp);// 关闭 ds.close();}
}
 接收 数据
  1. 创建 DatagramSocket 对象，指定接收用的端口号
  2. 创建 DatagramPacket 对象，用byte数组接收，指定接收长度
  3. 接收数据
  4. 解析数据

服务端：

package com.lpy.socketdemo3;import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.SocketException;public class ReceiveDemo {public static void main(String[] args) throws IOException {// 创建 DatagramSocket 对象，指定接收用的端口号DatagramSocket ds = new DatagramSocket(10086);byte[] bytes = new byte[1024];// 创建 DatagramPacket 对象，用byte数组接收，指定接收长度DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes, bytes.length);// 接收数据ds.receive(dp);// 解析数据byte[] data = dp.getData();int len = dp.getLength();InetAddress address = dp.getAddress();int port = dp.getPort();System.out.println("接收到的数据" + new String(data, 0, len)); // // 接收到的数据hello worldSystem.out.println("该数据是从" + address + "这台电脑中的" + port + "端口发送出来的"); // // 该数据是从/127.0.0.1这台电脑中的65220端口发送出来的// 关闭ds.close();}
}

DatagramSocket类负责接收和发送数据报。每个DatagramSocket对象都会与一个本地端口绑定，在此端口监听发送过来的数据报。在客户程序中，一般由操作系统为DatagramSocket类分配本地端口，这种端口也被称为匿名端口。在服务器程序中，一般由程序显式地为DatagramSocket类指定本地端口。


send()方法可用于发送数据包，DatagramSocket的receive()方法负责接收一个数据报
值得注意的是，UDP提供不可靠的传输，如果数据报没有到达目的地，那么send()方法不会抛出任何异常，发送方程序就无法知道数据报是否被接收方接收到，除非双方通过应用层的特定协议来确保接收方未收到数据报时，发送方能重发数据报。 send()方法可能会抛出IOException，但是与java.uti.Socket相比，DatagramSocket的send()方法抛出IOException的可能性很小。如果发送的数据报超过了底层网络所支持的数据报的大小，就可能会抛出SocketException，它是IOException的子类。

在使用UDP实现Socket通信时，服务端与客户端都是使用DatagramSocket类，传输的数据要存放在DatagramPacket类中。 DatagramSocket类表示用来发送和接收数据报包的套接字。数据报套接字是包投递服务的发送或接收点。每个在数据报套接字上发送或接收的包都是单独编址和路由的。从一台机器发送到另一台机器的多个包可能选择不同的路由，也可能按不同的顺序到达。在DatagramSocket上总是启用UDP广播发送。为了接收广播包，应该将DatagramSocket绑定到通配符地址。在某些实现中，将DatagramSocket绑定到一个更加具体的地址时广播包也可以被接收。

DatagramPacket类表示数据报包。数据报包用来实现无连接包投递服务。每条报文仅根据该包中包含的信息从一台机器路由到另一台机器。从一台机器发送到另一台机器的多个包可能选择不同的路由，也可能按不同的顺序到达。 DatagramSocket类中的public synchronized void receive（DatagramPacket p）方法的作用是从此套接字接收数据报包。当此方法返回时，DatagramPacket的缓冲区填充了接收的数据。数据报包也包含发送方的IP地址和发送方机器上的端口号，此方法在接收到数据报前一直阻塞。数据报包对象的length字段包含所接收信息的长度。如果发送的信息比接收端包关联的byte[]长度长，该信息将被截短。如果发送信息的长度大于65507，则发送端出现异常。
DatagramSocket类中的public void send（DatagramPacket p）方法的作用是从此套接字发送数据报包。
DatagramPacket包含的信息有：将要发送的数据及其长度、远程主机的IP地址和远程主机的端口号。 DatagramPacket类中的public synchronized byte[]getData（）方法的作用是返回数据缓冲区。接收到的或将要发送的数据从缓冲区中的偏移量offset处开始，持续length长度。

在某些场合，一个DatagramSocket可能只希望与固定的另一个远程DatagramSocket通信。例如，NFS客户只接收来自与之通信的服务器的数据报。再例如，在网络游戏中，一个游戏玩家只接收他的游戏搭档的数据报。 从JDK1.2开始，DatagramSocket添加了一些方法，利用这些方法，可以使一个DatagramSocket只能与另一个固定的DatagramSocket交换数据报。
（1）public void connect(InetAddress host,int port) connect()方法实际上不建立TCP意义上的连接，但它能限制当前DatagramSocket只对参数指定的远程主机和UDP端口收发数据报。如果当前DatagramSocket试图对其他的主机或UDP端口发送数据报，send()方法就会抛出IllegalArgumentException。从参数以外的其他主机或UDP端口发送过来的数据报则被丢弃，程序不会得到任何通知，也不会抛出任何异常。
2）public void disconnect() disconnect()中止当前DatagramSocket已经建立的“连接”，这样，DatagramSocket就可以再次对任何其他主机和UDP端口收发数据报。
（3）public int getPort() 当且仅当DatagramSocket已经建立连接时，getPort()方法才返回DatagramSocket所连接的远程UDP端口，否则返回“-1”。
（4）public InetAddress getInetAddress() 当且仅当DatagramSocket已经建立连接时，getInetAddress()方法才返回DatagramSocket所连接的远程主机的IP地址，否则返回null。
（5）public SocketAddress getRemoteSocketAddress() 当且仅当DatagramSocket已经建立连接时，getRemoteSocketAddress()方法才返回一个SocketAddress对象，表示DatagramSocket所连接的远程主机以及端口的地址，否则返回null。

UDP客户程序通常只和特定的UDP服务器通信，因此可在UDP客户程序中把DatagramSocket与远程服务器连接。UDP服务器需要与多个UDP客户程序通信，因此在UDP服务器中一般不用对DatagramSocket建立特定的连接。
关闭DatagramSocket
DatagramSocket的close()方法会释放所占用的本地UDP端口。在程序中及时关闭不再需要的DatagramSocket，这是好的编程习惯。

DatagramSocket的选项
1.SO_TIMEOUT选项 ·设置该选项：public void setSoTimeout(int milliseconds) throws SocketException ·读取该选项：public int getSoTimeOut() throws SocketException DatagramSocket类的SO_TIMEOUT选项用于设定接收数据报的等待超时时间，单位为ms，它的默认值为0，表示会无限等待，永远不会超时。以下代码把接收数据报的等待超时时间设为3min：

if(socket.getTimeOut() == 0) socket.setTimeOut(60000*3);

DatagramSocket的setTimeout()方法必须在接收数据报之前执行才有效。当执行DatagramSocket的receive()方法时，如果等待超时，那么会抛出SocketTimeoutException，此时DatagramSocket仍然是有效的，尝试再次接收数据报。

2.SO_RCVBUF选项
·设置该选项：public void setReceiveBufferSize(int size) throws SocketException
·读取该选项：public int getReceiveBufferSize() throws SocketException
SO_RCVBUF表示底层网络的接收数据的缓冲区（简称接收缓冲区）的大小。对于有着较快传输速度的网络（比如以太网），较大的缓冲区有助于提高传输性能，因为可以在缓冲区溢出之前存储更多的入站数据报。与TCP相比，对于UDP，确保接收数据的缓冲区具有足够的大小更为重要，因为当缓冲区满后再到达的数据报会被丢弃。而TCP会在这种情况下要求重传数据，确保数据不会丢失。 此外，SO_RCVBUF还决定了程序接收的数据报的最大大小。在接收缓冲区中放不下的数据报会被丢弃。 setReceiveBufferSize(int size)方法设置接收缓冲区的大小，值得注意的是，许多网络都限定了接收缓冲区大小的最大值，如果参数size超过该值，那么setReceiveBufferSize(int size)方法所做的设置无效。getReceiveBufferSize()方法返回接收缓冲区的实际大小。

3.SO_SNDBUF选项
·设置该选项：public void setSendBufferSize(int size) throws SocketException
·读取该选项：public int getSendBufferSize() throws SocketException SO_SNDBUF表示底层网络的发送数据的缓冲区（简称发送缓冲区）的大小。setSendBufferSize(int size)方法设置发送缓冲区的大小，值得注意的是，许多网络都限定了发送缓冲区大小的最大值，如果参数size超过该值，那么setSendBufferSize(int size)方法所做的设置无效。getSendBufferSize()方法返回发送缓冲区的实际大小。

4.SO_REUSEADDR选项
·设置该选项：public void setResuseAddress(boolean on) throws SocketException
·读取该选项：public boolean getResuseAddress() throws SocketException
SO_REUSEADDR选项对于UDP Socket和TCP Socket有着不同的意义。对于UDP，SO_REUSEADDR决定多个DatagramSocket是否可以同时被绑定到相同的IP地址和端口。如果多个DatagramSocket被绑定到相同的IP地址和端口，那么到达该地址的数据报会被复制给所有的DatagramSocket。 setResuseAddress(boolean on)必须在DatagramSocket绑定到端口之前被调用，这意味着必须采用以下这个构造方法来创建DatagramSocket对象。

protected DatagramSocket(DatagramSocketImpl impl)
//此构造方法创建的DatagramSocket对象未与任何端口绑定

5.SO_BROADCAST选项
·设置该选项：public void setBroadCast(boolean on) throws SocketException
·读取该选项：public boolean getBroadCast() throws SocketException SO_BROADCAST选项决定是否允许对网络广播地址发送广播数据报。对于一个地址为192.168.5.*的网络，其本地网络广播地址为 192.168.5.255。UDP广播常被用于JXTA对等发现协议（JXTA Peer Discovery Protocol）、服务定位协议（Service Location Protocol）和DHCP动态主机配置协议（Dynamic Host Configuration Protocol）等协议。例如，如果需要和本地网中的服务器通信，但是预先不知道服务器的地址，就需要采用这些协议。 广播数据报一般只在本地网络中传播，路由器和网关一般不转发广播数据报。SO_BROADCAST选项的默认值为true。如果不希望发送广播数据报，那么可以调用DatagramSocket的setBroadCast(false)方法。

实现简易的通信聊天

客户端：

package com.lpy.socketdemo4;import java.io.IOException;
import java.net.*;
import java.util.Scanner;public class Send {public static void main(String[] args) throws IOException {DatagramSocket ds = new DatagramSocket();Scanner sc = new Scanner(System.in);int port = 80;InetAddress address = InetAddress.getByName("127.0.0.1");while (true) {System.out.println("请输入发送的内容：");String str = sc.nextLine();byte[] bytes = str.getBytes("UTF-8");DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes, bytes.length, address, port);ds.send(dp);if (str.equals("bye")) break;}ds.close();}
}

 服务端：

package com.lpy.socketdemo4;import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketException;public class receive {public static void main(String[] args) throws IOException {DatagramSocket ds = new DatagramSocket(80);byte[] bytes = new byte[1024];DatagramPacket dp = new DatagramPacket(bytes, bytes.length);while (true) {ds.receive(dp);byte[] data = dp.getData();int len = dp.getLength();String str = new String(data, 0, len, "UTF-8");System.out.println("由" + dp.getAddress().getHostAddress() + "主机" + dp.getPort() +"端口号发来了：");System.out.println(str);if (str.equals("bye")) {break;}}ds.close();}
}

效果如图： 

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