UDP 通信编程

1. 使用 UDP 发送数据

1.1 UDP 通信简介

• UDP（User Datagram Protocol）协议 是一种不可靠的网络协议，它在通信的两端各建立一个 DatagramSocket 对象。由于 UDP 没有连接的概念，因此没有明确的客户端和服务器之分，通信双方只需各自发送和接收数据即可。
• Java 提供了 DatagramSocket 类用于基于 UDP 协议的网络通信，数据通过 DatagramPacket 进行封装和传输。

1.2 构造方法与相关方法

• 构造方法：

  方法名	说明
  DatagramSocket()	创建数据报套接字并将其绑定到本机地址上的任何可用端口
  DatagramPacket(byte[] buf, int len, InetAddress add, int port)	创建数据包，发送长度为 len 的数据到指定主机的指定端口

• 相关方法：

  方法名	说明
  void send(DatagramPacket p)	发送数据报包
  void close()	关闭数据报套接字
  void receive(DatagramPacket p)	从此套接字接收数据报包

1.3 发送数据的步骤详解

1. 创建发送端的 DatagramSocket 对象。
2. 创建要发送的数据，并将其封装到 DatagramPacket 中。
3. 调用 DatagramSocket 对象的 send 方法发送数据。
4. 关闭发送端的套接字。

1.4 代码示例：发送数据

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

/**
 * @description: UDP 数据发送示例
 * @version: 1.0
 * @author: scholar
 */
public class SendDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 1. 创建发送端的 DatagramSocket 对象，用于发送数据。
        // DatagramSocket() 构造数据报套接字并将其绑定到本地主机上的任何可用端口
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket();

        // 2. 创建数据并将其打包到 DatagramPacket 中。
        // DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress address, int port)
        // 构造一个数据包，将长度为 length 的数据发送到指定主机的指定端口号
        byte[] data = "hello, UDP，我来了".getBytes();
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(data, data.length, InetAddress.getByName("127.0.0.1"), 10086);

        // 3. 调用 DatagramSocket 对象的 send 方法发送数据。
        // void send(DatagramPacket p) 从此套接字发送数据报包
        ds.send(dp);

        // 4. 关闭发送端的 DatagramSocket，释放资源。
        // void close() 关闭此数据报套接字
        ds.close();
    }
}

代码解读：

• DatagramSocket()：创建一个数据报套接字，用于发送或接收数据。它绑定到本地主机的任意可用端口。
• DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress address, int port)：构造一个数据包，用于发送指定的数据到目标主机和端口。
• ds.send(dp)：发送数据报包到指定的地址和端口。
• ds.close()：关闭套接字，释放系统资源。

2. 使用 UDP 接收数据

2.1 接收数据的步骤详解

1. 创建接收端的 DatagramSocket 对象，并指定接收数据的端口号。
2. 创建一个 DatagramPacket 对象，用于接收数据。
3. 调用 DatagramSocket 对象的 receive 方法接收数据。
4. 解析数据包，并将数据输出到控制台。
5. 关闭接收端的套接字。

2.2 构造方法与相关方法

• 构造方法：

  方法名	说明
  DatagramPacket(byte[] buf, int len)	创建一个 DatagramPacket 用于接收长度为 len 的数据包

• 相关方法：

  方法名	说明
  byte[] getData()	返回数据缓冲区
  int getLength()	返回要发送的数据的长度或接收的数据的长度

2.3 代码示例：接收数据

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

/**
 * @description: UDP 数据接收示例
 * @version: 1.0
 * @author: scholar
 */
public class ReceiveDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 1. 创建接收端的 DatagramSocket 对象，指定接收数据的端口号。
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(12345);

        // 2. 创建一个数据包，用于接收数据。
        byte[] buf = new byte[1024];
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buf, buf.length);

        // 3. 调用 DatagramSocket 对象的 receive 方法接收数据。
        // receive() 方法是阻塞的，直到接收到数据才继续执行。
        ds.receive(dp);

        // 4. 解析数据包，并将数据输出到控制台。
        System.out.println("接收到的数据是：" + new String(dp.getData(), 0, dp.getLength()));

        // 5. 关闭接收端的 DatagramSocket，释放资源。
        ds.close();
    }
}

代码解读：

• DatagramSocket(int port)：创建一个绑定到指定端口的套接字，用于接收数据。
• DatagramPacket(byte[] buf, int len)：创建一个用于接收数据的包，指定数据缓冲区和接收数据的最大长度。
• ds.receive(dp)：从套接字接收数据，并将数据存储在数据包中。该方法是阻塞的，直到接收到数据。
• new String(dp.getData(), 0, dp.getLength())：将接收到的字节数据转换为字符串，并输出到控制台。

总结

• UDP 是一种无连接的、不可靠的数据传输协议，但其传输效率高，适用于对实时性要求高的应用场景。
• 通过 DatagramSocket 和 DatagramPacket 类，Java 提供了灵活的 UDP 通信支持，适用于实现简单的消息传输、广播和多播等应用。
• 发送端和接收端的实现相对独立，没有复杂的连接和握手过程，这使得 UDP 通信更加轻量。

3. UDP 发送数据程序（键盘输入，输入 "886" 结束）

案例需求

• 通过 UDP 发送数据，数据来源于键盘输入，当输入的数据为 "886" 时，发送操作结束。
• 接收端采用死循环持续接收数据，直到手动结束程序。

代码实现

发送端：

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
import java.util.Scanner;

/**
 * @description: UDP 数据发送 - 键盘输入
 * @version: 1.0
 * @author: scholar
 */
public class SendDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 1. 创建发送端的 DatagramSocket 对象，用于发送数据
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket();

        // 2. 通过键盘录入获取数据
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        while (true) {
            String input = sc.nextLine();
            // 输入 "886" 时，停止发送数据
            if ("886".equals(input)) {
                break;
            }

            // 3. 将输入的数据转换为字节数组并打包到 DatagramPacket 中
            byte[] data = input.getBytes();
            DatagramPacket dp = new DatagramPacket(data, data.length, InetAddress.getByName("192.168.1.66"), 12345);

            // 4. 发送数据包
            ds.send(dp);
        }

        // 5. 关闭发送端的 DatagramSocket，释放资源
        ds.close();
    }
}

代码解读：

• DatagramSocket(): 创建一个用于发送数据的套接字。
• Scanner sc = new Scanner(System.in): 通过控制台获取用户输入。
• DatagramPacket(byte[] buf, int len, InetAddress address, int port): 将用户输入的数据打包，指定接收端的 IP 地址和端口。
• ds.send(dp): 发送数据包到接收端。
• ds.close(): 关闭套接字，释放系统资源。

接收端：

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

/**
 * @description: UDP 数据接收 - 死循环接收
 * @version: 1.0
 */
public class ReceiveDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 1. 创建接收端的 DatagramSocket 对象，指定接收数据的端口号
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket(12345);

        // 2. 死循环，持续接收数据
        while (true) {
            // 3. 创建一个用于接收数据的包
            byte[] buf = new byte[1024];
            DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buf, buf.length);

            // 4. 接收数据包（阻塞方法，直到接收到数据）
            ds.receive(dp);

            // 5. 解析数据并输出到控制台
            System.out.println("接收到的数据是：" + new String(dp.getData(), 0, dp.getLength()));
        }

        // 6. 关闭接收端（此处不关闭，因为程序是死循环）
        // ds.close();
    }
}

代码解读：

• DatagramSocket(int port): 创建一个绑定到指定端口的套接字，用于接收数据。
• DatagramPacket(byte[] buf, int len): 创建一个用于接收数据的包，指定数据缓冲区和接收数据的最大长度。
• ds.receive(dp): 从套接字接收数据包，阻塞直到接收到数据。
• new String(dp.getData(), 0, dp.getLength()): 将接收到的数据转换为字符串并输出到控制台。

4. UDP 三种通信方式

• 单播（Unicast）: 点对点通信，用于两个主机之间的通信。
• 组播（Multicast）: 将数据发送给特定的一组主机，适用于多点通信。
• 广播（Broadcast）: 将数据发送给局域网上所有的主机，用于网络广播。

5. UDP 组播实现详解

实现步骤

发送端：

1. 创建发送端的 DatagramSocket 对象。
2. 创建数据并将其打包到 DatagramPacket 中，目标地址为组播地址。
3. 调用 send 方法发送数据。
4. 释放资源。

接收端：

1. 创建接收端的 MulticastSocket 对象，绑定指定端口。
2. 创建一个数据包用于接收数据。
3. 将当前计算机加入指定的组播地址。
4. 接收数据并输出。
5. 释放资源。

代码实现

组播发送端：

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

/**
 * @description: UDP 组播发送端
 * @version: 1.0
 */
public class ClientDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 1. 创建发送端的 DatagramSocket 对象
        DatagramSocket ds = new DatagramSocket();

        // 2. 创建数据并将其打包到 DatagramPacket 中，目标地址为组播地址
        String message = "Hello, 组播！";
        byte[] data = message.getBytes();
        InetAddress groupAddress = InetAddress.getByName("224.0.1.0"); // 组播地址
        int port = 10000; // 组播端口
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(data, data.length, groupAddress, port);

        // 3. 发送数据包
        ds.send(dp);

        // 4. 关闭 DatagramSocket，释放资源
        ds.close();
    }
}

组播接收端：

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.MulticastSocket;

/**
 * @description: UDP 组播接收端
 * @version: 1.0
 */
public class ServerDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 1. 创建接收端的 MulticastSocket 对象，绑定指定端口
        MulticastSocket ms = new MulticastSocket(10000);

        // 2. 将当前计算机加入组播地址
        ms.joinGroup(InetAddress.getByName("224.0.1.0"));

        // 3. 创建一个数据包用于接收数据
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(new byte[1024], 1024);

        // 4. 接收数据包
        ms.receive(dp);

        // 5. 解析数据并输出
        byte[] data = dp.getData();
        int length = dp.getLength();
        System.out.println("接收到的组播信息：" + new String(data, 0, length));

        // 6. 关闭 MulticastSocket，释放资源
        ms.close();
    }
}

代码解读：

• 发送端：

  • InetAddress.getByName("224.0.1.0"): 组播地址，范围通常在 224.0.0.0 到 239.255.255.255 之间。
  • DatagramSocket.send(DatagramPacket p): 将数据包发送到指定的组播地址。

• 接收端：

  • MulticastSocket(int port): 创建一个用于接收组播数据的套接字，绑定到指定端口。
  • joinGroup(InetAddress group): 将当前计算机加入指定的组播组，以便接收组播消息。
  • ms.receive(DatagramPacket dp): 接收数据包并存储在指定的缓冲区中。
  • ms.close(): 关闭套接字并释放资源。

总结

• 组播是一种高效的多点通信方式，适用于同一网络中的多个主机。
• 使用组播时，需要特别注意组播地址和端口的选择，以避免与其他服务冲突。