利用UDP实现双向聊天系统

Java笔记：《Java语言程序设计》–郭克华

案例介绍

  UDP是面向无连接的，但并不是没有客户端和服务端的区别。只是说，服务端运行之后，并不一定要等待客户端的连接才能通信，客户端可以直接和服务端通信，发送信息。
  这里介绍一个聊天应用最基本的程序：客户端和服务器相同，都可以给对方发送信息，也能够自动接收对方发过来的信息。本程序效果如图所示。
        
  “服务器端”和“客户端”对话框中都有一个文本框，输入聊天信息。输入聊天信息之后，单击“发送”按钮，就能够将信息发送给对方，对方也能够自动收到之后显示。
  显然这个程序在利用TCP实现双向聊天博客中也有介绍，阅读本篇博客之后，可以比较两者之间的差异。

服务器和客户端是如何交互的

  在聊天程序中，各聊天的界面叫做客户端，客户端之间如果要相互聊天，则可以将信息先发送到服务器端，然后由服务器端转发。因此，客户端先要连接到服务器。客户端连接到服务器的IP地址和端口。在服务器端，必须监听某个端口。在客户端，必须连接服务器的某个端口，这点没有太大区别。
  1.服务端怎样打开并监听端口？
  UDP编程中，端口的监听是由java.net.DatagramSocket进行管理的，打开java.net.DatagramSocket的文档，这个类有很多构造函数，最常见的构造函数为：
  public DatagramSocket(int port) throws SocketExceptin
  传入一个端口号，实例化DatagramSocket。
  ps：实例化DatagramSocket，就已经打开了端口号并进行监听。
  例如，如下代码就可以监听服务器上的9999端口，并返回连接对象ds。
  DatagramSocket ds=new DatagramSocket(9999);
  2.客户端是怎样连接到服务器端的某个端口？
  客户端连接到服务器端的某个端口也是由java.net.DatagramSocket进行管理的，打开java.net.DatagramSocket的文档，里面有一个重要函数：
  public void connect(InetAddress address,int port)
  传入一个封装了服务器IP地址的InetAddress对象和端口号。
  ps：java.net.InetAddress有一个函数：

public static InetAddress getByName(String host) throws UnknownHostException

这是一个静态函数，可以传入一个IP地址，返回InetAddress对象。
例如，如下代码就可以连接服务器218.197.118.80上的9999端口。

DatagramSocket ds=new DatagramSocket();
InetAddress add=InetAddress.getByteName("218.197.118.80");
ds.connect(add,9999);

  特别提醒
  到这里为止，会发现这岂不是和TCP编程一样？是的，看起来一样，但是本质却不一样。在TCP编程中，接下来的工作就是服务器要获得客户端的连接，然后通过这个连接来进行通信。但是，在UDP编程中，这个工作不要了！就可以直接通信了！也就是说，服务器端不需要获得客户端的连接，它们就直接通过地址来收发信息。因此服务器不需要知道客户端是否连上来了。或说的更加直接一些，客户端以下代码：

InetAddress add=InetAddress.getByName("218.197.118.80");
ds.connect(add,9999);

  实际上并没有连接服务器，只是将服务器的IP地址和端口保存起来，以后在客户端给服务器发送信息的时候，用这个IP地址和端口来寻找到服务器。
  当然，从表面上可以理解成连接到服务器。
  可以将TCP比喻成打电话，必须双方都拿起话机才能通话，并且连接要保持通畅。UDP比喻成寄信，在寄信的时候，对方根本不知道有信要寄过来，信寄到哪里去。靠信封上的地址。

如何收发信息

  以上所述还只是客户端连接到服务器端，接下来应该是客户端和服务器端的通信。通信包括读和写，对于客户端和服务器端，如果将数据传给对方，称为发送；反之，如果从对方处得到数据，为接收。
  注意，前面讲解的TCP编程中，编程过程要用到输入输出流；在UDP情况下，不使用输入输出流，而采用数据包(DatagramPacket)的形式进行通信。对于一方来说，发送数据包，就称为输出；反之，接收数据包，就称为输入。
  打开java.net.DatagramSocket文档，会发现里面有如下两个重要函数：
  1.接收数据包：
  public void receive(DatagramPacket p) throws IOException
  2.发送数据包：
  public void send(DatagramPacket p) throw IOException
  这两个函数都传入一个对象：java.net.DatagramPacket，即数据包。

  在文档中找到java.net.DatagramPacket，具有以下几个重要的构造函数：
  1.创建一个DatagramPacket对象，指定内容和大小：
  public DatagramPacket(byte[] buf,int length)
  2.创建一个DatagramPacket对象，指定内容和大小，以及要发送的目标地址和端口号：
  public DatagramPacket(byte[] buf,ing length,InetAddress address,int port)
  很显然，第2个构造函数相当于给信封上写了寄信地址。

  在这几个函数的参数中，已经发现，如果要发送或接收一个数据包，需要确定以下几个信息：
  1.数据包所含数据，一般是一个字节数组。
  2.数据包大小，可以确定为数据所占字节数。
  3.数据包的发送地址，通过地址才能知道数据包发到哪里去。

  如果要给对方发送数据包，数据包的发送地址必须是指定的，就如同寄信要指定收信人地址一样。怎样为数据包指定发送地址呢？规律如下：
  1.客户端在确定服务器端IP地址的情况下，所创建的DatagramPacket对象，不需要设置发送地址，数据包可以直接发送给服务器端。
  2.服务器事先不知道客户端的地址，因此，服务器必须手工指定发送地址，可以用前面讲解的第二个构造函数，也可以用DatagramPacket的如下函数：
  （1）将DatagramPacket的发送地址设定为发送地址：
  public void setAddress(InetAddress iaddr)
  （2）将DatagramPacket的发送端口设定为指定端口：
  public void setPort(int port)

  这也从侧面说明，如果服务器要想客服端发送信息，但是又不知道客户端的地址，怎么办呢？一般说来，在通信时，必须客户端首先给服务器发送一个DatagramPacket，让服务器端利用这个数据包作为参考，知道客户端的地址，然后和该客户端通信；否则，服务器端就无法给客户端信息。

  打开java.net.DatagramPacket文档，会发现还有如下函数：
  1.设定长度：
  public void setLength(int length)
  2.设定数据：
  public void setData(byte[] buf)
  3.得到数据包中对方的地址：
  public InetAddress getAddress()
  4.得到数据包中对方的端口：
  public int getPort()
  5.得到对方地址和端口的封装：
  public SocketAddress getSocketAddress()
  6.得到数据：
  public byte[] getData()
  7.得到长度：
  public int getLength()

  如下代码表示客户端向服务器端发送一个数据包：

DatagramSocket ds=new DatagramSocket();
InetAddress add=InetAddress.getByName("127.0.0.1");
ds.connect(add,9999);
String msg=("服务器，你好")；
byte[] data=msg.getBytes();
DatagramPacket dp=new DatagramPacket(data,data.length);
ds.send(dp);

如下代码表示服务器获得客户端发送过来的数据包，并打印其内容：

DatagramSocket ds=new DatagramSocket(9999);
byte[] data=new byte[255];
DatagramPacket dp=new DatagramPacket(data,data.length);
ds.receive(dp);
String msg=new String(dp.getData(),0,dp.getLength());
System.out.println("已经收到："+msg);

  从这里可以总结出UDP数据通信的过程：
  1.服务器端监听端口。
  2.客户端“连接”服务器端。
  3.一端创建一个DatagramPacket对象，设定其大小、数据和发送地址；然后用DatagramSocket的send函数发出。
  4.另一端用DatagramSocket的receive函数读取DatagramPacket对象。
  5.获取DatagramPacket中的数据。

  ps：值得一提的是，在客户端与服务器端之间传递信息时，DatagramSocket的receive函数是一个“死等函数”，如果客户端端连接上了，但是没有发送信息，它会一直等待。
  因此，客户端和服务器端如果需要自动读取对方传来的信息，就不能将receive函数放在主线程内，因为在不知道对方在什么时候会发出信息的情况，receive函数的死等，可能会造成程序的阻塞。所以，最好的方法是将读取信息的代码写在专门的线程内。

代码编写

  综合以上叙述，建立服务器端代码如下：

package practice;
import java.awt.*;
import java.awt.event.*;
import java.io.*;
import java.net.*;
import javax.swing.*;

public class Server extends JFrame implements ActionListener,Runnable {
    private JTextArea taMsg=new JTextArea("以下是聊天记录\n");
    private JTextField tfMsg=new JTextField("请您输入信息\n");
    private JButton btSend=new JButton("发送");
    private DatagramSocket ds=null;
    //保存好客户端的地址和端口
    private SocketAddress cAddress=null;
    public Server() {
        this.setTitle("服务器端");
        this.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
        this.add(taMsg,BorderLayout.CENTER);
        tfMsg.setBackground(Color.yellow);
        this.add(tfMsg,BorderLayout.NORTH);
        this.add(btSend,BorderLayout.SOUTH);
        btSend.addActionListener(this);
        this.setSize(200,300);
        this.setVisible(true);
        try {
            ds=new DatagramSocket(9999);
            new Thread(this).start();
        }
        catch (Exception ex) {
            ex.printStackTrace();
        }
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            while(true) {
                byte[] data=new byte[255];
                DatagramPacket dp=new DatagramPacket(data,data.length);
                ds.receive(dp);
                //保存客户端地址
                cAddress=dp.getSocketAddress();
                String msg=new String(dp.getData(),0,dp.getLength());
                taMsg.append(msg+"\n");//添加内容
            }
        }
        catch (Exception ex) {
        }
    }

    @Override
    public void actionPerformed(ActionEvent e) {
        try {
            String msg="客户端说："+tfMsg.getText();
            byte[] data=msg.getBytes();
            DatagramPacket dp=new DatagramPacket(data,data.length);
            ds.send(dp);
        }
        catch (Exception ex) {
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        new Server();
    }
}

  运行这个程序就可以得到服务器的效果。
  接下来是客户端程序，代码如下：

package practice;
import java.awt.*;
import java.awt.event.*;
import java.net.*;
import javax.swing.*;

public class Client extends JFrame implements ActionListener,Runnable {
    private JTextArea taMsg=new JTextArea("以下是聊天记录\n");
    private JTextField tfMsg=new JTextField("请您输入信息");
    private JButton btSend=new JButton("发送");
    private DatagramSocket ds=null;
    public Client(){
        this.setTitle("客户端");
        this.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
        this.add(taMsg,BorderLayout.CENTER);
        tfMsg.setBackground(Color.yellow);
        this.add(tfMsg,BorderLayout.NORTH);
        this.add(btSend,BorderLayout.SOUTH);
        btSend.addActionListener(this);
        this.setSize(200,300);
        this.setVisible(true);
        try {
            ds=new DatagramSocket();
            InetAddress add=InetAddress.getByName("127.0.0.1");
            ds.connect(add,9999);
            String msg="客户端连接";
            byte[] data=msg.getBytes();
            DatagramPacket dp=new DatagramPacket(data,data.length);
            ds.send(dp);
            new Thread(this).start();
        }
        catch (Exception ex) {
        }
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            while (true) {
                byte[] data=new byte[255];
                DatagramPacket dp=new DatagramPacket(data,data.length);
                ds.receive(dp);
                String msg=new String(dp.getData(),0,dp.getLength());
                taMsg.append(msg+"\n"); //添加内容
            }
        }
        catch (Exception ex) {
        }
    }

    @Override
    public void actionPerformed(ActionEvent e) {
        try {
            String msg="客户端说："+tfMsg.getText();
            byte[] data=msg.getBytes();
            DatagramPacket dp=new DatagramPacket(data,data.length);
            ds.send(dp);
        }
        catch (Exception ex) {
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        new Client();
    }
}

  运行得到客户端界面，两者即可进行聊天。

  注意
  1.必须要先运行服务器端，在运行客户端。
  2.如果客户端关掉之后重新开启，也可以继续聊天。在TCP的双向聊天中，这是办不到的。