【JavaEE】_基于UDP实现网络通信

目录

1. 服务器

1.1 实现逻辑

1.2 代码

1.3 部分代码解释

2. 客户端

2.1 实现逻辑

2.2 代码

2.3 客户端部分代码解释

3. 程序运行结果

4. 服务器客户端交互逻辑

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此篇内容为实现UDP版本的回显服务器echo server；

普通服务器：收到请求，根据请求计算响应，返回响应；

回显服务器：忽略计算，直接将收到的请求作为响应返回；

（如需实现其他功能，修改响应计算方法process内容即可）；

具体实现代码如下：

1. 服务器

1.1 实现逻辑

对于网络通信的服务器需要进行的工作为：

1. 读取请求并解析；

2. 根据请求计算响应；

3. 把响应写回客户端；

4. 打印交互详细信息；

1.2 代码

package TestDemo1;

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

public class UDPEchoServer {
    // 创建一个DatagramSocket对象，作为后续操作网卡的基础
     private DatagramSocket socket = null;
     public UDPEchoServer(int port) throws SocketException{
         // 显式指定服务器端口号
         socket = new DatagramSocket(port);
     }
     public void start() throws IOException {
         // 服务器启动方法
         System.out.println("服务器启动");
         // 为保证服务器随时向客户端提供服务
         while(true){
             // 1. 读取请求并解析
             DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);
             // DatagramPacket对象用于承载从网卡读到的数据，收到数据时需要创建一个内存空间保存这个数据，
             // DatagramPacket内部不能自行分配内存空间，需要程序员手动创建
             socket.receive(requestPacket);
             // 完成receive之后，数据以二进制形式存储在DatagramPacket中
             // 需要将二进制数据转成字符串
             String request = new String(requestPacket.getData(),0, requestPacket.getLength());
             // 取0~requestPacket.getLength()区间内的字节构成一个String对象；

             //2. 根据请求计算响应
             String response = process(request);

             //3. 把响应写回客户端
             DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(
                     response.getBytes(),response.getBytes().length,requestPacket.getSocketAddress());
             socket.send(responsePacket);

             //4. 打印交互详细信息
             System.out.printf("[%s:%d] req=%s, resp=%s\n",
                     requestPacket.getAddress().toString(),requestPacket.getPort(),
                     request,response);
         }
     }
     public String process(String request){
         return request;
     }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        UDPEchoServer server = new UDPEchoServer(9090);
        // 可以在1024~65535（临时端口）中任意选取端口号
        server.start();
    }
}

1.3 部分代码解释

1. 为方便计算请求，将请求的DatagramPacket对象构造成字符串时只需获取DatagramPacket对象中实际有效的部分数据,requestPacket.getLength()获取到的就是收到数据的真实长度而非4096这个最大长度：

2. 已经了解过UDP本身是无连接的，故而对于每一次通信过程，在构造数据报时都需要指定数据报要发给谁；

（1）对于构造的responsePacket对象有3个参数：

DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(                   
response.getBytes(),
response.getBytes().length,
requestPacket.getSocketAddress());

response.length()获取到的是响应对象字符串的字符个数，

response.getBytes().length获取到的是响应对象字符串的字节个数；

requestPacket.getSocketAddress()获取到的是请求发送方（即客户端）的IP与端口号；

（2）注意response.getBytes.length（字节个数）与response.getlength()（字符个数）的区别：

如果response字符串都是英文字符则二者相等，如果包含中文则二者不同；

在进行网络传输时，必然是需要通过字节为单位进行通信的。

3. while(true)会使程序处于快速循环的状态，每循环一次就处理一次请求响应，

当客户端发出请求时，recerive就能顺利读取请求，客户端没有发出请求时，receive就会阻塞；

如果客户端发出的请求过多，可以使用多线程冲动调动计算机硬件资源，也可以再多开机器，但多开机器又会涉及到分布式问题；

4. 使用格式化输出Packet的IP与端口号：

5. 前文已经提及socket也是一个文件，但在上文代码中并未进行close操作，却没有造成文件资源泄漏的原因是：

socket是文件描述符表中的一个表项，每次打开一个文件就会占用一个位置，文件描述符在pcb上，是跟随进程的。在上文代码中创建的socket对象在整个程序运行过程中都需要使用，不可以提前关闭，当socket不需要使用时，即代表程序结束了，进程结束了，文件描述符表也销毁了，伴随着销毁都被系统自动回收了。故而不会造成文件资源泄露问题。

只有代码中频繁打开文件但不关闭，在一个进程的运行过程中，不断积累打开的文件，逐渐消耗掉文件描述符表中的内容，最后消耗殆尽，才会造成泄露。

对于生命周期很短的进程，无需考虑泄露，在客户端方一般来说影响不大。

2. 客户端

2.1 实现逻辑

对于网络通信的客户端，需要进行的工作是：

1. 从控制台读取数据作为客户端发出的请求；

2. 将请求字符串request构造成请求requestPacket对象，发送给服务器；

3. 尝试读取服务器返回的响应；

4. 将响应responsePacket对象构造成响应response字符串，显示出来；

2.2 代码

package TestDemo1;

import java.io.IOException;
import java.net.*;
import java.util.Scanner;

public class UDPEchoClient {
    private DatagramSocket socket = null;
    private String serverIp = "";
    private int serverPort = 0;
    public UDPEchoClient(String ip, int port) throws SocketException {
        // 客户端的socket对象需令系统自动分配
        socket = new DatagramSocket();
        // UDP本身不持有对端信息，需要在应用程序中记录对端信息（IP与端口）
        serverIp = ip;
        serverPort = port;
    }
    public void start() throws IOException {
        // 客户端启动方法
        System.out.println("客户端启动");
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        while(true){
            // 1. 从控制台读取数据作为客户端发出的请求
            System.out.println("->");
            String request = scanner.next();

            // 2. 将请求字符串request构造成请求requestPacket对象，发送给服务器
            DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(
                    request.getBytes(),request.getBytes().length,
                    InetAddress.getByName(serverIp), serverPort);
            socket.send(requestPacket);

            // 3. 尝试读取服务器返回的响应
            DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);
            socket.receive(responsePacket);

            // 4. 将响应responsePacket对象转换为响应字符串response，显示出来
            String response = new String(responsePacket.getData(), 0, responsePacket.getLength());
            System.out.println(response);
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        UDPEchoClient client = new UDPEchoClient("127.0.0.1", 9090);
        client.start();
    }
}

2.3 客户端部分代码解释

1.DatagramPacket的三个构造方法：

第一种：只指定字节数组缓冲区，用于服务器接收请求与客户端接收响应时使用：

第二种：指定字节数组缓冲区与InetAddress对象（同时包含IP与端口），用于服务器向客户端发回响应时使用：

第三种：指定字节数组缓冲区，同时指定IP与端口号：

2. 客户端对服务器发出请求的过程：

对于服务器端口必须是确定的：程序员可以手动分配空闲端口给当前服务器使用即可，

代码为：

socket = new DatagramSocket(port);

客户端一般都采取系统分配的方式：也可以指定端口，但不推荐。一方面，因为指定的端口可能被其他进程占用，如果被占用就会产生端口号冲突，运行就会抛出异常，提示绑定端口失败；另一方面，如果客户端出现了端口冲突，让客户手动解决也是不现实的。

代码为：

socket = new Datagramocket();

3. 端口与进程的关系：

端口号用于标识或区分一个进程，因此在同一台主机上，不允许一个端口同时被多个进程使用；

但是一个进程可以绑定多个端口；

即socket和端口是一一对应的，进程与socket是一对多的；

3. 程序运行结果

首先启动EchoServer，再启动EchoClient，在客户端输入请求字符串后查看运行结果：

客户端与服务器通信成功。

4. 服务器客户端交互逻辑

1. 服务器先启动，启动后进入循环，执行到receive处阻塞；

2. 客户端开始启动后，进入循环执行scanner.next()，在此处阻塞。

    当客户在控制台输入内容后，next返回作为请求，继而构造请求数据并发送给服务器；

3. 客户端发送数据后，

服务器从receive中返回，解析请求构造字符串，执行process操作计算响应，构造响应后执行send发回给客户端；

客户端执行到receive处等待服务器的响应；

4. 客户端获取到从服务器返回的数据后，从receive中返回，继而显示响应内容；

5. 服务器完成一次循环后又执行到receive处，客户端完成依次循环后又执行到scanner.next处，二者均进入阻塞状态；

注意：当服务器程序在普通私有ip计算机上运行时，若不在一个局域网中，无法实现跨主机访问。

如果服务器程序在特殊的计算机：云服务器上，就拥有了公有ip，可以实现跨主机访问。

此部分内容后续详解。