Android收发UDP报文详解 及 优雅解决接收不到问题
前段时间项目组接了一个研究所项目，移动端这边需要做一个UDP接收报文的程序APP，其中还涉及到多页面之间收发报文、动态修改地址、端口号等等。原本编写这个收发程序并不难，步骤也比较固定，在网上找了相关例子进行二次开发，可是发现UDP报文接收不到，这其中还是隐藏着某些坑，仅以此篇文章来总结其奥妙精髓。
一. DatagramSocket收发报文相关知识点
此节将讲解数据报通信的原理，即不需要面向连线的通信方式，数据报通信方式采用的是UDP（User Datagram Protocol）协议，这里同TCP作比较再次介绍。（对相关知识不熟悉者，可先看此篇博客稍作了解： http://blog.csdn.net/itermeng/article/details/72970099）
1. UDP与TCP学习
UDP（User Datagram Protocol）
非面向连接的提供不可靠的数据包式的数据传输协议。类似于从邮局发送信件的过程，发送信件是通过邮局系统一站一站进行传递，中间也有可能丢失。Java中有些类是基于UDP协议来进行网络通讯的，有DatagramPacket、DatagramSocket、MulticastSocket等类。TCP（Transport Control Protocol）
面向连接的能够提供可靠的流式数据传输的协议。类似于打电话的过程，在拨完电话后两者之间会先建立连接，为了更好的通话，确保通话连接后两者开始互相传输信息。相对应的类有URL、URLConnection Socket、ServerSocket等UDP 与 TCP的区别
TCP有建立时间，UDP无
- UDP传输有大小限制，每一个数据报需在64K以内
- TCP常见应用：Telnet远程登录、Ftp文件传输
- UDP常见应用：ping指令，用来检测网络上某台服务器是否还在提供服务。
2. DatagramSocket学习
（1）定义概念
此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。
（2）构造函数总结
| 构造函数名称 | 含义 |
|---|---|
| DatagramSocket() | 构造数据报套接字并将其绑定到本地主机上任何可用的端口。 |
| DatagramSocket(int port) | 创建数据报套接字并将其绑定到本地主机上的指定端口。 |
| DatagramSocket(int port, InetAddress laddr) | 创建数据报套接字，将其绑定到指定的本地地址。 |
（3）重要方法摘要
| 方法名称 | 含义 |
|---|---|
| void close() | 关闭此数据报套接字。 |
| void connect(InetAddress address, int port) | 将套接字连接到此套接字的远程地址。 |
| boolean isClosed() | 返回是否关闭了套接字。 |
| void receive(DatagramPacket p) | 从此套接字接收数据报包。 |
| void send(DatagramPacket p) | 从此套接字发送数据报包。 |
| DatagramSocket(int port, InetAddress laddr) | 创建数据报套接字，将其绑定到指定的本地地址。 |
3. InetAddress学习
（1）定义概念
此类表示互联网协议 (IP) 地址。
IP 地址是 IP 使用的 32 位或 128 位无符号数字，它是一种低级协议，UDP 和 TCP 协议都是在它的基础上构建的。InetAddress 的实例包含 IP 地址，还可能包含相应的主机名（取决于它是否用主机名构造或者是否已执行反向主机名解析）。
（2）创建方法
注意，创建此类事通过类方法而获取，并非构造方法。
| 方法名称 | 含义 |
|---|---|
| static InetAddress getByAddress(byte[] addr) | 在给定原始 IP 地址的情况下，返回 InetAddress 对象。 |
| static InetAddress getByAddress(String host, byte[] addr) | 根据提供的主机名和 IP 地址创建 InetAddress。 |
| static InetAddress getByName(String host) | 在给定主机名的情况下确定主机的 IP 地址。 |
4. DatagramPacket学习
（1）定义概念
此类表示数据报包。
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。不对包投递做出保证。
（2）构造方法
| 构造函数名称 | 含义 |
|---|---|
| DatagramPacket(byte[] buf, int length) | 用来接收长度为 length 的数据包 |
| DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress address, int port) | 构造数据报包，用来将长度为 length 的包发送到指定主机上的指定端口号 |
二. 发送、接收UDP报文步骤讲解
在此程序中，将UDP报文的发送、接收操作分别写入到两个线程中，根据具体需求进行调用。
1. 数据报发送 解析
以下步骤都在发送线程内，需要注意的是发送UDP报文逻辑单一，顺序执行完毕线程即可结束，不涉及到后台等待的需求，所以执行完后即可关闭套接字连接。
发送步骤
- 构造DatagramSocket对象
- 根据发送IP 来创建InetAddress对象
- 根据InetAddress对象、发送端口号、发送数据 来创建发送的DatagramPacket数据包对象
- 调用DatagramSocket对象的
send(datagramPacket)方法，发送UDP报文 - 调用DatagramSocket对象的
close()关闭套接字连接
对应以上步骤，代码展示（仅为部分重要代码）：
Byte[] buf="hello android! ".getBytes();
DatagramSocket sendSocket = new DatagramSocket();
InetAddress serverAddr = InetAddress.getByName(SEND_IP);
DatagramPacket outPacket = new DatagramPacket(buf, buf.length,serverAddr, SEND_PORT);
sendSocket.send(outPacket);
sendSocket.close();2. 数据报接收 解析
原理
以下步骤都在接收线程内，同发送线程大致相同，但需要注意这两者本质的区别：发送线程里的逻辑执行一遍即可结束，但是接收线程需要在后台待定等待接收UDP报文，不可执行一遍就结束！相当于在一个界面中，可多次创建发送线程用来发送报文，但是接收线程只需在界面初始化时创建，从而一直监听报文接收（若重新进入界面，逻辑如上）。
所以，在接收线程内部需要用到循环，在循环内部调用套接字对象的receive() 方法来接收UDP报文。注意套接字对象的连接关闭，发送线程中单一的逻辑，执行完发送过程即可关闭连接，但是在接收线程中使用了循环，所以需要用一个全局标识量来控制循环，若界面退出或销毁则将标示值置为false，这样接收线程即可结束，再关闭套接字连接。
接收步骤
- 需要根据接收端口号 构造DatagramSocket对象
- 创建发送的DatagramPacket数据包对象
- 调用DatagramSocket对象的
receive(datagramPacket)方法，接收UDP报文
对应以上步骤，代码展示（仅为部分重要代码）：
DatagramSocket receiveSocket = new DatagramSocket(RECEIVE_PORT);
while(listenStatus){
byte[] inBuf= new byte[1024];
DatagramPacket inPacket=new DatagramPacket(inBuf,inBuf.length);
receiveSocket.receive(inPacket); i if(!inPacket.getAddress().equals(serverAddr)){
throw new IOException("未知名的报文");
}
receiveInfo = inPacket.getData();
receiveHandler.sendEmptyMessage(1);
}三. 界面收发UDP报文完整代码
public class TextActivity extends AppCompatActivity{
/*
* Data
* */
private final static String SEND_IP = "27.18.140.100"; //发送IP
private final static int SEND_PORT = 8989; //发送端口号
private final static int RECEIVE_PORT = 8080; //接收端口号
private boolean listenStatus = true; //接收线程的循环标识
private byte[] receiveInfo; //接收报文信息
private byte[] buf;
private DatagramSocket receiveSocket;
private DatagramSocket sendSocket;
private InetAddress serverAddr;
private SendHandler sendHandler = new SendHandler();
private ReceiveHandler receiveHandler = new ReceiveHandler();
/*
* UI
* */
private TextView tvMessage;
private Button btnSendUDP;
class ReceiveHandler extends Handler{
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
super.handleMessage(msg);
tvMessage.setText("接收到数据了" + receiveInfo.toString());
Toast.makeText(TextActivity.this, "接收到数据了", Toast.LENGTH_SHORT).show();
}
}
class SendHandler extends Handler{
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
super.handleMessage(msg);
tvMessage.setText("UDP报文发送成功");
Toast.makeText(TextActivity.this, "成功发送", Toast.LENGTH_SHORT).show();
}
}
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_text);
btnSendUDP = (Button) findViewById(R.id.btn_send);
tvMessage = (TextView) findViewById(R.id.tv_show);
btnSendUDP.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
@Override
public void onClick(View view) {
//点击按钮则发送UDP报文
new UdpSendThread().start();
}
});
//进入Activity时开启接收报文线程
new UdpReceiveThread().start();
}
@Override
protected void onDestroy() {
super.onDestroy();
//停止接收线程，关闭套接字连接
listenStatus = false;
receiveSocket.close();
}
/*
* UDP数据发送线程
* */
public class UdpSendThread extends Thread
{
@Override
public void run()
{
try
{
buf="i am an android developer, hello android! ".getBytes();
// 创建DatagramSocket对象，使用随机端口
sendSocket = new DatagramSocket();
serverAddr = InetAddress.getByName(SEND_IP);
DatagramPacket outPacket = new DatagramPacket(buf, buf.length,serverAddr, SEND_PORT);
sendSocket.send(outPacket);
sendSocket.close();
sendHandler.sendEmptyMessage(1);
} catch (Exception e)
{
e.printStackTrace();
}
}
}
/*
* UDP数据接收线程
* */
public class UdpReceiveThread extends Thread
{
@Override
public void run()
{
try
{
sendSocket = new DatagramSocket(RECEIVE_PORT);
serverAddr = InetAddress.getByName(SEND_IP);
while(listenStatus)
{
byte[] inBuf= new byte[1024];
DatagramPacket inPacket=new DatagramPacket(inBuf,inBuf.length);
sendSocket.receive(inPacket);
if(!inPacket.getAddress().equals(serverAddr)){
throw new IOException("未知名的报文");
}
receiveInfo = inPacket.getData();
receiveHandler.sendEmptyMessage(1);
}
} catch (Exception e)
{
e.printStackTrace();
}
}
}
}四. 优雅解决UDP报文接收不到问题
以上代码已经可以实现发送、接收UDP报文了，至少我自测是没有问题的，是修改好的版本。一开始我实在网上找的版本进行二次修改的，只是那代码有些小缺陷，导致有时候接收UDP报文有问题，前2个原因是根据此次工作发现并解决了此问题，如果前两点未解决，第三点是另一种尝试。
1. 发送与接收DatagramSocket需不同
此点很重要，之前在网上找的例子就将接收、发送线程中的DatagramSocket共用同一个全局变量，这会直接导致应用程序无法接收到UDP报文！
首先接收、发送UDP的逻辑分别在两个不同的线程中的run() 方法里，根据线程的启动去调用它们。注意两个线程存在的生命周期：
接收线程 在一个界面中（不退出界面的情况下）只会被创建并启动一次，即线程一直存在于后台等待接收UDP报文，此时它的DatagramSocket对象也是要一直存在的；
发送线程 在需要的情况下会多次被重复创建并启动，它的每次启动都会去创建DatagramSocket对象，发送完报文后会立即关闭掉DatagramSocket的连接。
若两个线程共用一个DatagramSocket对象，接收线程开启后，DatagramSocket对象存在于后台，此时发送一次报文后，DatagramSocket对象会被关闭连接，这样应用程序就无法再接收到UDP报文了。所以，这两个线程的DatagramSocket对象需独立不相同！
2. 退出界面需关闭接收Socket连接
在理解了上一点后，在不退出界面的情况下应用程序可以很好的收发UDP报文，再思考全面一点。考虑用户在使用中退出界面又重新回到界面，重点还是放在DatagramSocket对象上，一般出错大多是出在这个上面。
发送线程执行完逻辑后会关闭DatagramSocket连接，线程结束。
可是接收线程是一直运行在后台，除非循环标识量置为False，接收线程才会结束。
如果不对接收线程中的DatagramSocket对象进行处理，在退出界面又重新回到界面时，接收线程会被重新创建，之前创建的DatagramSocket对象连接未关闭，此时再重新创建，便会出现异常，导致应用程序无法接收到UDP报文。异常如下：
java.net.BindException: bind failed: EADDRINUSE (Address already in use)很明显，显示地址被占用。所以界面退出时应对接收线程的回收及Socket对象的连接关闭，修改代码如下：
@Override
protected void onDestroy() {
super.onDestroy();
//停止接收线程，关闭套接字连接
listenStatus = false;
receiveSocket.close();
}3. Rom关闭了手机接收UDP报功能
我的程序在修改完以上后基本没有出什么问题了，但是这点原因在网上出现的概率很大，遂一起写进来，为读者拓展思维。有的手机不能直接接收UDP包，可能是手机厂商在定制Rom的时候把这个功能给关掉了，解决办法如下：
（1）可先在oncreate()方法里面实例化一个WifiManager.MulticastLock 对象lock；具体如下：
WifiManager manager = (WifiManager) this
.getSystemService(Context.WIFI_SERVICE);
WifiManager.MulticastLock lock= manager.createMulticastLock("test wifi");（2）在调用广播发送、接收报文之前先调用lock.acquire()方法；
（3）用完之后及时调用lock.release()释放资源，否决多次调用lock.acquire()方法，程序可能会崩，详情请见
Caused by: java.lang.UnsupportedOperationException: Exceeded maximum number of wifi locks注：记得在配置文件里面添加如下权限：
<uses-permission android:name="android.permission.CHANGE_WIFI_MULTICAST_STATE" />经过这样处理后，多数手机都能正常发送接收到广播报文。
五. 测试环境建议
关于这个测试环境，我是借助手机和电脑来完成的，可能大多数人用的是 Wireshark 软件来测试UDP报文收发，但是对于新手而言需要学习一会，这里推荐一个上手难度为0的测试软件：网络调试助手NetAsssist，资源在最后。
用法
将手机和电脑连接在同一局域网下，我这里是将两者全部连接校园Wifi，然后打开电脑软件，上面自动显示电脑分配的IP，查看手机连接Wifi高级设置获取手机分配IP。选择好网络调试助手软件的协议类型和端口号，手机可发送报文到电脑上，在电脑网络调试助手软件上填写好“手机IP:接收端口号”，点击发送按钮，手机即可接收到电脑发送的UDP报文。
软件使用截图：
程序应用测试截图：
资源链接：
http://download.csdn.net/detail/itermeng/9880334
最后说明一下，关于所做的项目需求略微复杂，但是应用程序的骨干精华就是第三小节的那些代码，而一些坑及需要注意的问题在第四点提及，这次接触UDP报文，着实是边学边摸索，总算从坑里爬了出来，可能我所记录的并不详细或者有误，虚心请教~
希望对你们有帮助：）