基于UDP协议网络Socket编程(java实现C/S通信案例)
目录
一、前言：认识UDP
二、UDP的特点(与TCP相比)
三、UDP网络Socket编程(Java实现)
1、创建客户端
2、客户端图形界面
3、创建服务器端
四、服务器端和客户端完整代码
五、效果展示
六、总结
一、前言：认识UDP
UDP，全称User Datagram Protocol(用户数据报协议)，是Internet 协议集支持一个无连接的传输协议。UDP 为应用程序提供了一种无需建立连接就可以发送封装的 IP 数据包的方法。
UDP主要用于不要求分组顺序到达的传输中，分组传输顺序的检查与排序由应用层完成，提供面向报文的简单不可靠信息传送服务。UDP 协议基本上是IP协议与上层协议的接口，适用端口分别运行在同一台设备上的多个应用程序。
二、UDP的特点(与TCP相比)
正是UDP提供不可靠服务，具有了TCP所没有的优势。无连接使得它具有资源消耗小，处理速度快的优点，所以音频、视频和普通数据在传送时经常使用UDP，偶尔丢失一两个数据包，也不会对接收结果产生太大影响。
-
UDP有别于TCP，有自己独立的套接字(IP+Port)，它们的端口号不冲突。和TCP编程相比，UDP在使用前不需要进行连接，没有流的概念。
-
如果说TCP协议通信与电话通信类似，那么UDP通信就与邮件通信类似：不需要实时连接，只需要目的地址；
-
UDP通信前不需要建立连接，只要知道地址（ip地址和端口号）就可以给对方发送信息；
-
基于用户数据报文（包）读写；
-
UDP通信一般用于线路质量好的环境，如局域网内，如果是互联网，往往应用于对数据完整性不是过于苛刻的场合，例如语音传送等。
以上是对UDP的基本认识，与以前学习的理论相比，接下来的实践更加有趣，实践出真知。
三、UDP网络Socket编程(Java实现)
首先，熟悉java中UDP编程的几个关键类：DatagramSocket（套接字类），DatagramPacket（数据报类），MulticastSocket。本篇主要使用前两个。
1、创建客户端
第一步，实例化一个数据报套接字，用于与服务器端进行通信。与TCP不同，UDP中只有DatagramSocket一种套接字，不区分服务端和客户端，创建的时候并不需要指定目的地址，这也是TCP协议和UDP协议最大的不同点之一。
public UDPClient(String remoteIP,String remotePort) throws IOException{
this.remoteIP=InetAddress.getByName(remoteIP);
this.remotePort=Integer.parseInt(remotePort);
//创建UDP套接字，系统随机选定一个未使用的UDP端口绑定
socket=new DatagramSocket();
}第二步， 创建UDP数据报，实现发送和接收数据的方法。UDP发送数据是基于报文DatagramPacket，网络中传递的UDP数据都要封装在这种自包含的报文中。
实现DatagramPacket发送数据的方法：
//定义一个数据的发送方法
public void send(String msg){
try {
//将待发送的字符串转为字节数组
byte[] outData=msg.getBytes("utf-8");
//构建用于发送的数据报文，构造方法中传入远程通信方（服务器）的ip地址和端口
DatagramPacket outPacket=new DatagramPacket(outData,outData.length,remoteIP,remotePort);
//给UDP发送数据报
socket.send(outPacket);
}catch (IOException e){
e.printStackTrace();
}
}DatagramPacket接收数据的方法：
public String receive(){
String msg;
//准备空的数据报文
DatagramPacket inPacket=new DatagramPacket(new byte[MAX_PACKET_SIZE],MAX_PACKET_SIZE);
try {
//读取报文，阻塞语句，有数据就装包在inPacket报文中，以装完或装满为止
socket.receive(inPacket);
//将接收到的字节数组转为对应的字符串
msg=new String(inPacket.getData(),0,inPacket.getLength(),"utf-8");
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
msg=null;
}
return msg;
}可以看到，发送和接收数据中使用DatagramSocket的实例的send和receive方法，这就是数据报套接字的两个重要方法。
通信结束，销毁Socket的方法如下：
public void close(){
if (socket!=null)
socket.close();
}到这里，客户端已全部完成，等待接下来与服务端的通信...
2、客户端图形界面
现在，设计客户端通信的简单界面，一方面可以更方便的和服务器连续对话通信，另一方面，有了图形界面，体验感更加！图形化界面主要使用JavaFX实现，代码容易看懂。
import javafx.application.Application;
import javafx.event.EventHandler;
import javafx.geometry.Insets;
import javafx.geometry.Pos;
import javafx.scene.Scene;
import javafx.scene.control.*;
import javafx.scene.input.KeyCode;
import javafx.scene.input.KeyEvent;
import javafx.scene.layout.BorderPane;
import javafx.scene.layout.HBox;
import javafx.scene.layout.Priority;
import javafx.scene.layout.VBox;
import javafx.stage.Stage;
import java.io.IOException;
public class UDPClientFX extends Application {
private Button btnExit=new Button("退出");
private Button btnSend = new Button("发送");
private TextField tfSend=new TextField();//输入信息区域
private TextArea taDisplay=new TextArea();//显示区域
private TextField ipAddress=new TextField();//填写ip地址
private TextField tfport=new TextField();//填写端口
private Button btConn=new Button("连接");
private UDPClient UDPClient;
private String ip;
private String port;
@Override
public void start(Stage primaryStage) {
BorderPane mainPane=new BorderPane();
//连接服务器区域
HBox hBox1=new HBox();
hBox1.setSpacing(10);
hBox1.setPadding(new Insets(10,20,10,20));
hBox1.setAlignment(Pos.CENTER);
hBox1.getChildren().addAll(new Label("ip地址："),ipAddress,new Label("端口："),tfport,btConn);
mainPane.setTop(hBox1);
VBox vBox=new VBox();
vBox.setSpacing(10);
vBox.setPadding(new Insets(10,20,10,20));
vBox.getChildren().addAll(new Label("信息显示区"),taDisplay,new Label("信息输入区"),tfSend);
VBox.setVgrow(taDisplay, Priority.ALWAYS);
mainPane.setCenter(vBox);
HBox hBox=new HBox();
hBox.setSpacing(10);
hBox.setPadding(new Insets(10,20,10,20));
hBox.setAlignment(Pos.CENTER_RIGHT);
hBox.getChildren().addAll(btnSend,btnExit);
mainPane.setBottom(hBox);
Scene scene =new Scene(mainPane,700,500);
primaryStage.setScene(scene);
primaryStage.show();
//连接服务器之前，发送bye后禁用发送按钮，禁用Enter发送信息输入区域，禁用下载按钮
btnSend.setDisable(true);
tfSend.setDisable(true);
//连接按钮
btConn.setOnAction(event -> {
ip=ipAddress.getText().trim();
port=tfport.getText().trim();
try {
UDPClient = new UDPClient(ip,port);
//连接服务器之后未结束服务前禁用再次连接
btConn.setDisable(true);
//重新连接服务器时启用输入发送功能
tfSend.setDisable(false);
btnSend.setDisable(false);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
});
//发送按钮事件
btnSend.setOnAction(event -> {
String msg=tfSend.getText();
UDPClient.send(msg);//向服务器发送一串字符
taDisplay.appendText("客户端发送："+msg+"\n");
String Rmsg=null;
Rmsg=UDPClient.receive();
// System.out.println(Rmsg);
taDisplay.appendText(Rmsg+"\n");
if (msg.equals("bye")){
btnSend.setDisable(true);//发送bye后禁用发送按钮
tfSend.setDisable(true);//禁用Enter发送信息输入区域
//结束服务后再次启用连接按钮
btConn.setDisable(false);
}
tfSend.clear();
});
//对输入区域绑定键盘事件
tfSend.setOnKeyPressed(new EventHandler() {
@Override
public void handle(KeyEvent event) {
if(event.getCode()==KeyCode.ENTER){
String msg=tfSend.getText();
UDPClient.send(msg);//向服务器发送一串字符
taDisplay.appendText("客户端发送："+msg+"\n");
String Rmsg=null;
Rmsg=UDPClient.receive();
taDisplay.appendText(Rmsg+"\n");
if (msg.equals("bye")){
tfSend.setDisable(true);//禁用Enter发送信息输入区域
btnSend.setDisable(true);//发送bye后禁用发送按钮
//结束服务后再次启用连接按钮
btConn.setDisable(false);
}
tfSend.clear();
}
}
});
btnExit.setOnAction(event -> {
try {
exit();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
//窗体关闭响应的事件,点击右上角的×关闭,客户端也关闭
primaryStage.setOnCloseRequest(event -> {
try {
exit();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
//信息显示区鼠标拖动高亮文字直接复制到信息输入框，方便选择文件名
//taDispaly为信息选择区的TextArea，tfSend为信息输入区的TextField
//为taDisplay的选择范围属性添加监听器，当该属性值变化(选择文字时)，会触发监听器中的代码
taDisplay.selectionProperty().addListener(((observable, oldValue, newValue) -> {
//只有当鼠标拖动选中了文字才复制内容
if(!taDisplay.getSelectedText().equals(""))
tfSend.setText(taDisplay.getSelectedText());
}));
}
private void exit() throws InterruptedException {
if (UDPClient!=null){
//向服务器发送关闭连接的约定信息
UDPClient.send("bye");
UDPClient.close();
}
System.exit(0);
}
public static void main (String[] args) {
launch(args);
}
} 重点在各个控件的事件处理逻辑上，需避免要一些误操作导致异常抛出，如：连接服务器前禁用发送按钮，在连接服务器成功后禁用连接按钮，禁用输入区等。另外，实现了回车发送的快捷功能，详见代码的键盘事件绑定部分。
还有，约定发送"bye"或者退出按钮结束通信关闭Socket。
成功连接后：
3、创建服务器端
服务器端为客户端提供服务，实现通信。这里包括了几个方法Service(),udpSend()和udpReceive().
首先，我将UDP数据报发送和接收写成一个方法，作为整体方便多次调用。
public DatagramPacket udpReceive() throws IOException {
DatagramPacket receive;
byte[] dataR = new byte[1024];
receive = new DatagramPacket(dataR, dataR.length);
socket.receive(receive);
return receive;
}
public void udpSend(String msg,InetAddress ipRemote,int portRemote) throws IOException {
DatagramPacket sendPacket;
byte[] dataSend = msg.getBytes();
sendPacket = new DatagramPacket(dataSend,dataSend.length,ipRemote,portRemote);
socket.send(sendPacket);
}与TCP的Socket通信不同，需要将数据转化成字节数据形式，封装成数据报进行传输，接收时解析数据为字节，再进行读取。
服务器端核心部分为Service()方法，实例化一个DatagramSocket类套接字，实现循环与客户端的通信。
与客户端约定的结束标志"bye"进行处理，结束对话。
public void Service() throws IOException {
try {
socket = new DatagramSocket(port);
System.out.println("服务器创建成功，端口号：" + socket.getLocalPort());
while (true) {
//服务器接收数据
String msg=null;
receivePacket = udpReceive();
InetAddress ipR = receivePacket.getAddress();
int portR = receivePacket.getPort();
msg = new String(receivePacket.getData(), 0, receivePacket.getLength(), "utf-8");
// System.out.println("收到："+receivePacket.getSocketAddress()+"内容："+msg);
if (msg.equalsIgnoreCase("bye")) {
udpSend("来自服务器消息：服务器断开连接，结束服务！",ipR,portR);
System.out.println(receivePacket.getSocketAddress()+"的客户端离开。");
continue;
}
System.out.println("建立连接："+receivePacket.getSocketAddress());
String now = new Date().toString();
String hello = "From 服务器：&" + now + "&" + msg;
udpSend(hello,ipR,portR);
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}四、服务器端和客户端完整代码
服务器端：
//UDPServer.java
import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
import java.util.Date;
public class UDPServer {
private DatagramSocket socket = null;
private int port = 8888;
private DatagramPacket receivePacket;
public UDPServer() throws IOException {
System.out.println("服务器启动监听在" + port + "端口...");
}
public void Service() throws IOException {
try {
socket = new DatagramSocket(port);
System.out.println("服务器创建成功，端口号：" + socket.getLocalPort());
while (true) {
//服务器接收数据
String msg=null;
receivePacket = udpReceive();
InetAddress ipR = receivePacket.getAddress();
int portR = receivePacket.getPort();
msg = new String(receivePacket.getData(), 0, receivePacket.getLength(), "utf-8");
// System.out.println("收到："+receivePacket.getSocketAddress()+"内容："+msg);
if (msg.equalsIgnoreCase("bye")) {
udpSend("来自服务器消息：服务器断开连接，结束服务！",ipR,portR);
System.out.println(receivePacket.getSocketAddress()+"的客户端离开。");
continue;
}
System.out.println("建立连接："+receivePacket.getSocketAddress());
String now = new Date().toString();
String hello = "From 服务器：&" + now + "&" + msg;
udpSend(hello,ipR,portR);
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public DatagramPacket udpReceive() throws IOException {
DatagramPacket receive;
byte[] dataR = new byte[1024];
receive = new DatagramPacket(dataR, dataR.length);
socket.receive(receive);
return receive;
}
public void udpSend(String msg,InetAddress ipRemote,int portRemote) throws IOException {
DatagramPacket sendPacket;
byte[] dataSend = msg.getBytes();
sendPacket = new DatagramPacket(dataSend,dataSend.length,ipRemote,portRemote);
socket.send(sendPacket);
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
new UDPServer().Service();
}
}
客户端：
//UDPClient.java
import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
public class UDPClient {
private int remotePort;
private InetAddress remoteIP;
private DatagramSocket socket;
//用于接收数据的报文字节数组缓存最最大容量，字节为单位
private static final int MAX_PACKET_SIZE=512;
public UDPClient(String remoteIP,String remotePort) throws IOException{
this.remoteIP=InetAddress.getByName(remoteIP);
this.remotePort=Integer.parseInt(remotePort);
//创建UDP套接字，系统随机选定一个未使用的UDP端口绑定
socket=new DatagramSocket();
}
//定义一个数据的发送方法
public void send(String msg){
try {
//将待发送的字符串转为字节数组
byte[] outData=msg.getBytes("utf-8");
//构建用于发送的数据报文，构造方法中传入远程通信方（服务器）的ip地址和端口
DatagramPacket outPacket=new DatagramPacket(outData,outData.length,remoteIP,remotePort);
//给UDP发送数据报
socket.send(outPacket);
}catch (IOException e){
e.printStackTrace();
}
}
public String receive(){
String msg;
//准备空的数据报文
DatagramPacket inPacket=new DatagramPacket(new byte[MAX_PACKET_SIZE],MAX_PACKET_SIZE);
try {
//读取报文，阻塞语句，有数据就装包在inPacket报文中，以装完或装满为止
socket.receive(inPacket);
//将接收到的字节数组转为对应的字符串
msg=new String(inPacket.getData(),0,inPacket.getLength(),"utf-8");
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
msg=null;
}
return msg;
}
public void close(){
if (socket!=null)
socket.close();
}
}
五、效果展示
六、总结
这一篇详细记录学习运用java进行网络编程，基于UDP套接字(Socket)实现服务器与客户端间的通信，在实战案例中更深刻理解UDP的实现原理，掌握UDP实践应用步骤。
起初完成UDP通信时，遇到了几个问题，相比较TCP的实现，确实体会到数据传输的过程的不同，UDP服务和客户端共用了一个DatagramSocket，另外需要DatagramPacket数据报的协作。另外，UDP没有数据流的概念，所以读写不同于TCP，需要以字节数据进行读取。
接下来将继续探索网络编程，基于TCP的Socket编程更加有趣！一起学习期待！
我的CSDN博客：https://blog.csdn.net/Charzous/article/details/109016215