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Java编程那些事儿105——网络编程技术4

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Java编程那些事儿105——网络编程技术4

陈跃峰

出自:http://blog.csdn.net/mailbomb

13.2.4 UDP编程

网络通讯的方式除了TCP方式以外,还有一种实现的方式就是UDP方式。UDP(User Datagram Protocol),中文意思是用户数据报协议,方式类似于发短信息,是一种物美价廉的通讯方式,使用该种方式无需建立专用的虚拟连接,由于无需建立专用的连接,所以对于服务器的压力要比TCP小很多,所以也是一种常见的网络编程方式。但是使用该种方式最大的不足是传输不可靠,当然也不是说经常丢失,就像大家发短信息一样,理论上存在收不到的可能,这种可能性可能是1%,反正比较小,但是由于这种可能的存在,所以平时我们都觉得重要的事情还是打个电话吧(类似TCP方式),一般的事情才发短信息(类似UDP方式)。网络编程中也是这样,必须要求可靠传输的信息一般使用TCP方式实现,一般的数据才使用UDP方式实现。

UDP方式的网络编程也在Java语言中获得了良好的支持,由于其在传输数据的过程中不需要建立专用的连接等特点,所以在Java API中设计的实现结构和TCP方式不太一样。当然,需要使用的类还是包含在java.net包中。

Java API中,实现UDP方式的编程,包含客户端网络编程和服务器端网络编程,主要由两个类实现,分别是:

l DatagramSocket

DatagramSocket类实现网络连接,包括客户端网络连接和服务器端网络连接。虽然UDP方式的网络通讯不需要建立专用的网络连接,但是毕竟还是需要发送和接收数据,DatagramSocket实现的就是发送数据时的发射器,以及接收数据时的监听器的角色。类比于TCP中的网络连接,该类既可以用于实现客户端连接,也可以用于实现服务器端连接。

l DatagramPacket

DatagramPacket类实现对于网络中传输的数据封装,也就是说,该类的对象代表网络中交换的数据。在UDP方式的网络编程中,无论是需要发送的数据还是需要接收的数据,都必须被处理成DatagramPacket类型的对象,该对象中包含发送到的地址、发送到的端口号以及发送的内容等。其实DatagramPacket类的作用类似于现实中的信件,在信件中包含信件发送到的地址以及接收人,还有发送的内容等,邮局只需要按照地址传递即可。在接收数据时,接收到的数据也必须被处理成DatagramPacket类型的对象,在该对象中包含发送方的地址、端口号等信息,也包含数据的内容。和TCP方式的网络传输相比,IO编程在UDP方式的网络编程中变得不是必须的内容,结构也要比TCP方式的网络编程简单一些。

下面介绍一下UDP方式的网络编程中,客户端和服务器端的实现步骤,以及通过基础的示例演示UDP方式的网络编程在Java语言中的实现方式。

UDP方式的网络编程,编程的步骤和TCP方式类似,只是使用的类和方法存在比较大的区别,下面首先介绍一下UDP方式的网络编程客户端实现过程。

UDP客户端编程涉及的步骤也是4个部分:建立连接、发送数据、接收数据和关闭连接。

首先介绍UDP方式的网络编程中建立连接的实现。其中UDP方式的建立连接和TCP方式不同,只需要建立一个连接对象即可,不需要指定服务器的IP和端口号码。实现的代码为:

DatagramSocket ds = new DatagramSocket();

这样就建立了一个客户端连接,该客户端连接使用系统随机分配的一个本地计算机的未用端口号。在该连接中,不指定服务器端的IP和端口,所以UDP方式的网络连接更像一个发射器,而不是一个具体的连接。

当然,可以通过制定连接使用的端口号来创建客户端连接。

DatagramSocket ds = new DatagramSocket(5000);

这样就是使用本地计算机的5000号端口建立了一个连接。一般在建立客户端连接时没有必要指定端口号码。

接着,介绍一下UDP客户端编程中发送数据的实现。在UDP方式的网络编程中,IO技术不是必须的,在发送数据时,需要将需要发送的数据内容首先转换为byte数组,然后将数据内容、服务器IP和服务器端口号一起构造成一个DatagramPacket类型的对象,这样数据的准备就完成了,发送时调用网络连接对象中的send方法发送该对象即可。例如将字符串“Hello”发送到IP127.0.0.1,端口号是10001的服务器,则实现发送数据的代码如下:

String s = “Hello”;

String host = “127.0.0.1”;

int port = 10001;

//将发送的内容转换为byte数组

byte[] b = s.getBytes();

//将服务器IP转换为InetAddress对象

InetAddress server = InetAddress.getByName(host);

//构造发送的数据包对象

DatagramPacket sendDp = new DatagramPacket(b,b.length,server,port);

//发送数据

ds.send(sendDp);

在该示例代码中,不管发送的数据内容是什么,都需要转换为byte数组,然后将服务器端的IP地址构造成InetAddress类型的对象,在准备完成以后,将这些信息构造成一个DatagramPacket类型的对象,在UDP编程中,发送的数据内容、服务器端的IP和端口号,都包含在DatagramPacket对象中。在准备完成以后,调用连接对象dssend方法把DatagramPacket对象发送出去即可。

按照UDP协议的约定,在进行数据传输时,系统只是尽全力传输数据,但是并不保证数据一定被正确传输,如果数据在传输过程中丢失,那就丢失了。

UDP方式在进行网络通讯时,也遵循“请求-响应”模型,在发送数据完成以后,就可以接收服务器端的反馈数据了。

下面介绍一下UDP客户端编程中接收数据的实现。当数据发送出去以后,就可以接收服务器端的反馈信息了。接收数据在Java语言中的实现是这样的:首先构造一个数据缓冲数组,该数组用于存储接收的服务器端反馈数据,该数组的长度必须大于或等于服务器端反馈的实际有效数据的长度。然后以该缓冲数组为基础构造一个DatagramPacket数据包对象,最后调用连接对象的receive方法接收数据即可。接收到的服务器端反馈数据存储在DatagramPacket类型的对象内部。实现接收数据以及显示服务器端反馈内容的示例代码如下:

//构造缓冲数组

byte[] data = new byte[1024];

//构造数据包对象

DatagramPacket received = new DatagramPacket(data,data.length);

//接收数据

ds.receive(receiveDp);

//输出数据内容

byte[] b = receiveDp.getData(); //获得缓冲数组

int len = receiveDp.getLength(); //获得有效数据长度

String s = new String(b,0,len);

System.out.println(s);

在该代码中,首先构造缓冲数组data,这里设置的长度1024是预估的接收到的数据长度,要求该长度必须大于或等于接收到的数据长度,然后以该缓冲数组为基础,构造数据包对象,使用连接对象dsreceive方法接收反馈数据,由于在Java语言中,除String以外的其它对象都是按照地址传递,所以在receive方法内部可以改变数据包对象receiveDp的内容,这里的receiveDp的功能和返回值类似。数据接收到以后,只需要从数据包对象中读取出来就可以了,使用DatagramPacket对象中的getData方法可以获得数据包对象的缓冲区数组,但是缓冲区数组的长度一般大于有效数据的长度,换句话说,也就是缓冲区数组中只有一部分数据是反馈数据,所以需要使用DatagramPacket对象中的getLength方法获得有效数据的长度,则有效数据就是缓冲数组中的前有效数据长度个内容,这些才是真正的服务器端反馈的数据的内容。

UDP方式客户端网络编程的最后一个步骤就是关闭连接。虽然UDP方式不建立专用的虚拟连接,但是连接对象还是需要占用系统资源,所以在使用完成以后必须关闭连接。关闭连接使用连接对象中的close方法即可,实现的代码如下:

ds.close();

需要说明的是,和TCP建立连接的方式不同,UDP方式的同一个网络连接对象,可以发送到达不同服务器端IP或端口的数据包,这点是TCP方式无法做到的。

介绍完了UDP方式客户端网络编程的基础知识以后,下面再来介绍一下UDP方式服务器端网络编程的基础知识。

UDP方式网络编程的服务器端实现和TCP方式的服务器端实现类似,也是服务器端监听某个端口,然后获得数据包,进行逻辑处理以后将处理以后的结果反馈给客户端,最后关闭网络连接,下面依次进行介绍。

首先UDP方式服务器端网络编程需要建立一个连接,该连接监听某个端口,实现的代码为:

DatagramSocket ds = new DatagramSocket(10010);

由于服务器端的端口需要固定,所以一般在建立服务器端连接时,都指定端口号。例如该示例代码中指定10010端口为服务器端使用的端口号,客户端端在连接服务器端时连接该端口号即可。

接着服务器端就开始接收客户端发送过来的数据,其接收的方法和客户端接收的方法一直,其中receive方法的作用类似于TCP方式中accept方法的作用,该方法也是一个阻塞方法,其作用是接收数据。

接收到客户端发送过来的数据以后,服务器端对该数据进行逻辑处理,然后将处理以后的结果再发送给客户端,在这里发送时就比客户端要麻烦一些,因为服务器端需要获得客户端的IP和客户端使用的端口号,这个都可以从接收到的数据包中获得。示例代码如下:

//获得客户端的IP

InetAddress clientIP = receiveDp.getAddress();

//获得客户端的端口号

Int clientPort = receiveDp.getPort();

使用以上代码,就可以从接收到的数据包对象receiveDp中获得客户端的IP地址和客户端的端口号,这样就可以在服务器端中将处理以后的数据构造成数据包对象,然后将处理以后的数据内容反馈给客户端了。

最后,当服务器端实现完成以后,关闭服务器端连接,实现的方式为调用连接对象的close方法,示例代码如下:

ds.close();

介绍完了UDP方式下的客户端编程和服务器端编程的基础知识以后,下面通过一个简单的示例演示UDP网络编程的基本使用。

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