2021.10.21：UDP编程

与TCP编程相比，UDP编程就简单得多，因为UDP没有创建连接，数据包也是一次收发一个，所以没有流的概念。

在Java中使用UDP编程，仍然需要Socket，因为应用程序在使用UDP时必须指定IP和端口。注意：UDP和TCP虽然都使用0~65535，但是他们是两套独立的端口，即一个应用程序用TCP占用了端口1234，不影响另一个应用程序用UDP占用端口1234。

 

Server

Server端，使用UDP也需要监听指定端口。Java提供了DatagramSocket来实现这个功能，代码如下：

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.nio.charset.StandardCharsets;

public class Server {
    public static void main(String[]args) throws IOException {
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(6666);
        while(true){
            //数据缓冲区
            byte[] buffer = new byte[1024];
            DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer,buffer.length);
            ds.receive(packet);//收到一个UDP数据包
            //收取到的数据存储在buffer中,由packet.getOffset(),packet,getLength()指定起始位置和长度
            //将其按照UTF-8编码转换为String
            String s = new String(packet.getData(),packet.getOffset(),packet.getLength(), StandardCharsets.UTF_8);
            //发送数据
            byte[] data="ACK".getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
            packet.setData(data);
            ds.send(packet);
        }
    }
}

Server首先使用如下语句在指定的端口监听UDP数据包：

DatagramSocket ds = new DatagramSocket(6666);

如果没有其他应用程序占据这个端口，那么坚挺成功，我们就使用一个无限循环来处理收到的UDP数据包：

while(true){
    ...
}

要收到一个UDP数据包，需要准备一个byte[ ]缓冲区，并通过DatagramPacket实现接收：

byte[] buffer = new byte[1024];
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer,buffer.length);
ds.receive(packet);

假设我们收到的是一个String，那么，通过DatagramPacket返回的packet.getOffset()、packet.getLength()确定数据在缓冲区的起止位置：

String s = new String(packet.getData() , packet.getOffset() , packet.getLength() , StandardCharsets.UTF_8);

当Server收到一个DatagramPacket后，通常必须回复一个或者多个UDP包，因为Client地址在DatagramPacket中，每次收到的DatagramPacket可能是不同的Client，如果不回复，Client就收不到任何UDP包。

发送UDP包也是通过DatagramPacket实现的，发送代码非常简单：

byte[] data = ...
packet.setData(data);
ds.send(packet);

 

Client

与Server相比，Client使用UDP时，只需要直接向Server发送UDP包，然后接受返回的UDP包：

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

public class UDPClient {
    public static void main(String[]args) throws IOException {
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
        ds.setSoTimeout(1000);
        //连接Server的IP与端口
        ds.connect(InetAddress.getByName("localhost"),6666);
        //发送
        byte[] data="Hello".getBytes();
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data,data.length);
        ds.send(packet);
        //接收
        byte[] buffer = new byte[1024];
        packet = new DatagramPacket(buffer,buffer.length);
        ds.receive(packet);
        String resp = new String(packet.getData(),packet.getOffset(),packet.getLength());
        ds.disconnect();
    }
}

Client打开一个DatagramSocket使用如下代码：

DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
ds.setSoTimeout(1000);
ds.connect(InetAddress.getByName("localhost"),6666);

Client创建DatagramSocket实例并不需要指定端口，而是由OS自动指定一个未使用的端口。紧接着，调用setSoTimeout(1000)设定超时1s，意思是后续接收UDP包时，等待时间最多不超过1s，否则在没有收到UDP包时，Client会无限等待下去。这不同于Server，因为Server可以无限等待。

注意到Client的DatagramSocket还调用了一个connect()方法"连接"到指定的Server。UDP是无连接协议，所以这里的connect()方法不是真连接，它是为了在Client的DatagramSocket实例中保存Server的IP和端口，确保这个DatagramSocket只能往指定IP和端口发送UDP包，不能往其他地址和端口发送。这么做不是UDP的限制，而是Java内置了安全检查。

如果Client希望向两个不同Server发送UDP包，那么它必须创建两个DatagramSocket实例。

后续的收发数据和Server端是一致的。通常来说，Client必须首先发送UDP包，以告知Server自己的IP和端口。

如果Client认为通信结束，就可以调用disconnect()断开连接：

ds.disconnect();

这里的disconnect()也不是真正断开连接，它只是清除了Client的DatagramSocket记录的Server的IP和端口，这样，DatagramSocket就可以连接到另一个Server。

 

小结

使用UDP协议通信时，Server和Client无需建立连接：

• Server用DatagramSocket(port)监听端口；
• Client用DatagramSocket.connect()指定远程IP与端口；
• 双方通过receive()和send()读写数据；
• DatagramSocket没有IO流接口，数据被直接写入 byte[ ] 缓冲区。