java實(shí)現(xiàn)基于UDP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)Socket編程(C/S通信)
一、前言：認(rèn)識(shí)UDP
UDP，全稱User Datagram Protocol(用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議)，是Internet 協(xié)議集支持一個(gè)無(wú)連接的傳輸協(xié)議。UDP 為應(yīng)用程序提供了一種無(wú)需建立連接就可以發(fā)送封裝的 IP 數(shù)據(jù)包的方法。
UDP主要用于不要求分組順序到達(dá)的傳輸中，分組傳輸順序的檢查與排序由應(yīng)用層完成，提供面向報(bào)文的簡(jiǎn)單不可靠信息傳送服務(wù)。UDP 協(xié)議基本上是IP協(xié)議與上層協(xié)議的接口，適用端口分別運(yùn)行在同一臺(tái)設(shè)備上的多個(gè)應(yīng)用程序。
二、UDP的特點(diǎn)(與TCP相比)
正是UDP提供不可靠服務(wù)，具有了TCP所沒(méi)有的優(yōu)勢(shì)。無(wú)連接使得它具有資源消耗小，處理速度快的優(yōu)點(diǎn)，所以音頻、視頻和普通數(shù)據(jù)在傳送時(shí)經(jīng)常使用UDP，偶爾丟失一兩個(gè)數(shù)據(jù)包，也不會(huì)對(duì)接收結(jié)果產(chǎn)生太大影響。
UDP有別于TCP，有自己獨(dú)立的套接字(IP+Port)，它們的端口號(hào)不沖突。和TCP編程相比，UDP在使用前不需要進(jìn)行連接，沒(méi)有流的概念。
如果說(shuō)TCP協(xié)議通信與電話通信類似，那么UDP通信就與郵件通信類似：不需要實(shí)時(shí)連接，只需要目的地址；
UDP通信前不需要建立連接，只要知道地址（ip地址和端口號(hào)）就可以給對(duì)方發(fā)送信息；
基于用戶數(shù)據(jù)報(bào)文（包）讀寫(xiě)；
UDP通信一般用于線路質(zhì)量好的環(huán)境，如局域網(wǎng)內(nèi)，如果是互聯(lián)網(wǎng)，往往應(yīng)用于對(duì)數(shù)據(jù)完整性不是過(guò)于苛刻的場(chǎng)合，例如語(yǔ)音傳送等。
以上是對(duì)UDP的基本認(rèn)識(shí)，與以前學(xué)習(xí)的理論相比，接下來(lái)的實(shí)踐更加有趣，實(shí)踐出真知。
三、UDP網(wǎng)絡(luò)Socket編程(Java實(shí)現(xiàn))
首先，熟悉java中UDP編程的幾個(gè)關(guān)鍵類：DatagramSocket（套接字類），DatagramPacket（數(shù)據(jù)報(bào)類），MulticastSocket。本篇主要使用前兩個(gè)。
1、創(chuàng)建客戶端
第一步，實(shí)例化一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)套接字，用于與服務(wù)器端進(jìn)行通信。與TCP不同，UDP中只有DatagramSocket一種套接字，不區(qū)分服務(wù)端和客戶端，創(chuàng)建的時(shí)候并不需要指定目的地址，這也是TCP協(xié)議和UDP協(xié)議最大的不同點(diǎn)之一。
public UDPClient(String remoteIP,String remotePort) throws IOException{
this.remoteIP=InetAddress.getByName(remoteIP);
this.remotePort=Integer.parseInt(remotePort);
//創(chuàng)建UDP套接字，系統(tǒng)隨機(jī)選定一個(gè)未使用的UDP端口綁定
socket=new DatagramSocket();
}
第二步， 創(chuàng)建UDP數(shù)據(jù)報(bào)，實(shí)現(xiàn)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的方法。UDP發(fā)送數(shù)據(jù)是基于報(bào)文DatagramPacket，網(wǎng)絡(luò)中傳遞的UDP數(shù)據(jù)都要封裝在這種自包含的報(bào)文中。
實(shí)現(xiàn)DatagramPacket發(fā)送數(shù)據(jù)的方法：
//定義一個(gè)數(shù)據(jù)的發(fā)送方法
public void send(String msg){
try {
//將待發(fā)送的字符串轉(zhuǎn)為字節(jié)數(shù)組
byte[] outData=msg.getBytes("utf-8");
//構(gòu)建用于發(fā)送的數(shù)據(jù)報(bào)文，構(gòu)造方法中傳入遠(yuǎn)程通信方（服務(wù)器）的ip地址和端口
DatagramPacket outPacket=new DatagramPacket(outData,outData.length,remoteIP,remotePort);
//給UDP發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)
socket.send(outPacket);
}catch (IOException e){
e.printStackTrace();
}
}
DatagramPacket接收數(shù)據(jù)的方法：
//定義一個(gè)數(shù)據(jù)的發(fā)送方法
public void send(String msg){
try {
//將待發(fā)送的字符串轉(zhuǎn)為字節(jié)數(shù)組
byte[] outData=msg.getBytes("utf-8");
//構(gòu)建用于發(fā)送的數(shù)據(jù)報(bào)文，構(gòu)造方法中傳入遠(yuǎn)程通信方（服務(wù)器）的ip地址和端口
DatagramPacket outPacket=new DatagramPacket(outData,outData.length,remoteIP,remotePort);
//給UDP發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)
socket.send(outPacket);
}catch (IOException e){
e.printStackTrace();
}
}
可以看到，發(fā)送和接收數(shù)據(jù)中使用DatagramSocket的實(shí)例的send和receive方法，這就是數(shù)據(jù)報(bào)套接字的兩個(gè)重要方法。
通信結(jié)束，銷毀Socket的方法如下：
public void close(){
if (socket!=null)
socket.close();
}
到這里，客戶端已全部完成，等待接下來(lái)與服務(wù)端的通信...
2、客戶端圖形界面
現(xiàn)在，設(shè)計(jì)客戶端通信的簡(jiǎn)單界面，一方面可以更方便的和服務(wù)器連續(xù)對(duì)話通信，另一方面，有了圖形界面，體驗(yàn)感更加！圖形化界面主要使用JavaFX實(shí)現(xiàn)，代碼容易看懂。
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("發(fā)送");
private TextField tfSend=new TextField();//輸入信息區(qū)域
private TextArea taDisplay=new TextArea();//顯示區(qū)域
private TextField ipAddress=new TextField();//填寫(xiě)ip地址
private TextField tfport=new TextField();//填寫(xiě)端口
private Button btConn=new Button("連接");
private UDPClient UDPClient;
private String ip;
private String port;
@Override
public void start(Stage primaryStage) {
BorderPane mainPane=new BorderPane();
//連接服務(wù)器區(qū)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("信息顯示區(qū)"),taDisplay,new Label("信息輸入?yún)^(qū)"),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();
//連接服務(wù)器之前，發(fā)送bye后禁用發(fā)送按鈕，禁用Enter發(fā)送信息輸入?yún)^(qū)域，禁用下載按鈕
btnSend.setDisable(true);
tfSend.setDisable(true);
//連接按鈕
btConn.setOnAction(event -> {
ip=ipAddress.getText().trim();
port=tfport.getText().trim();
try {
UDPClient = new UDPClient(ip,port);
//連接服務(wù)器之后未結(jié)束服務(wù)前禁用再次連接
btConn.setDisable(true);
//重新連接服務(wù)器時(shí)啟用輸入發(fā)送功能
tfSend.setDisable(false);
btnSend.setDisable(false);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
});
//發(fā)送按鈕事件
btnSend.setOnAction(event -> {
String msg=tfSend.getText();
UDPClient.send(msg);//向服務(wù)器發(fā)送一串字符
taDisplay.appendText("客戶端發(fā)送："+msg+"\n");
String Rmsg=null;
Rmsg=UDPClient.receive();
// System.out.println(Rmsg);
taDisplay.appendText(Rmsg+"\n");
if (msg.equals("bye")){
btnSend.setDisable(true);//發(fā)送bye后禁用發(fā)送按鈕
tfSend.setDisable(true);//禁用Enter發(fā)送信息輸入?yún)^(qū)域
//結(jié)束服務(wù)后再次啟用連接按鈕
btConn.setDisable(false);
}
tfSend.clear();
});
//對(duì)輸入?yún)^(qū)域綁定鍵盤(pán)事件
tfSend.setOnKeyPressed(new EventHandler<KeyEvent>() {
@Override
public void handle(KeyEvent event) {
if(event.getCode()==KeyCode.ENTER){
String msg=tfSend.getText();
UDPClient.send(msg);//向服務(wù)器發(fā)送一串字符
taDisplay.appendText("客戶端發(fā)送："+msg+"\n");
String Rmsg=null;
Rmsg=UDPClient.receive();
taDisplay.appendText(Rmsg+"\n");
if (msg.equals("bye")){
tfSend.setDisable(true);//禁用Enter發(fā)送信息輸入?yún)^(qū)域
btnSend.setDisable(true);//發(fā)送bye后禁用發(fā)送按鈕
//結(jié)束服務(wù)后再次啟用連接按鈕
btConn.setDisable(false);
}
tfSend.clear();
}
}
});
btnExit.setOnAction(event -> {
try {
exit();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
//窗體關(guān)閉響應(yīng)的事件,點(diǎn)擊右上角的×關(guān)閉,客戶端也關(guān)閉
primaryStage.setOnCloseRequest(event -> {
try {
exit();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
//信息顯示區(qū)鼠標(biāo)拖動(dòng)高亮文字直接復(fù)制到信息輸入框，方便選擇文件名
//taDispaly為信息選擇區(qū)的TextArea，tfSend為信息輸入?yún)^(qū)的TextField
//為taDisplay的選擇范圍屬性添加監(jiān)聽(tīng)器，當(dāng)該屬性值變化(選擇文字時(shí))，會(huì)觸發(fā)監(jiān)聽(tīng)器中的代碼
taDisplay.selectionProperty().addListener(((observable, oldValue, newValue) -> {
//只有當(dāng)鼠標(biāo)拖動(dòng)選中了文字才復(fù)制內(nèi)容
if(!taDisplay.getSelectedText().equals(""))
tfSend.setText(taDisplay.getSelectedText());
}));
}
private void exit() throws InterruptedException {
if (UDPClient!=null){
//向服務(wù)器發(fā)送關(guān)閉連接的約定信息
UDPClient.send("bye");
UDPClient.close();
}
System.exit(0);
}
public static void main (String[] args) {
launch(args);
}
}
重點(diǎn)在各個(gè)控件的事件處理邏輯上，需避免要一些誤操作導(dǎo)致異常拋出，如：連接服務(wù)器前禁用發(fā)送按鈕，在連接服務(wù)器成功后禁用連接按鈕，禁用輸入?yún)^(qū)等。另外，實(shí)現(xiàn)了回車發(fā)送的快捷功能，詳見(jiàn)代碼的鍵盤(pán)事件綁定部分。
還有，約定發(fā)送"bye"或者退出按鈕結(jié)束通信關(guān)閉Socket。
成功連接后：
3、創(chuàng)建服務(wù)器端
服務(wù)器端為客戶端提供服務(wù)，實(shí)現(xiàn)通信。這里包括了幾個(gè)方法Service(),udpSend()和udpReceive().
首先，我將UDP數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送和接收寫(xiě)成一個(gè)方法，作為整體方便多次調(diào)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);
}
與TCP的Socket通信不同，需要將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成字節(jié)數(shù)據(jù)形式，封裝成數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行傳輸，接收時(shí)解析數(shù)據(jù)為字節(jié)，再進(jìn)行讀取。
服務(wù)器端核心部分為Service()方法，實(shí)例化一個(gè)DatagramSocket類套接字，實(shí)現(xiàn)循環(huán)與客戶端的通信。
與客戶端約定的結(jié)束標(biāo)志"bye"進(jìn)行處理，結(jié)束對(duì)話。
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);
}
四、服務(wù)器端和客戶端完整代碼
服務(wù)器端：
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);
}
客戶端：
//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;
//用于接收數(shù)據(jù)的報(bào)文字節(jié)數(shù)組緩存最最大容量，字節(jié)為單位
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);
//創(chuàng)建UDP套接字，系統(tǒng)隨機(jī)選定一個(gè)未使用的UDP端口綁定
socket=new DatagramSocket();
}
//定義一個(gè)數(shù)據(jù)的發(fā)送方法
public void send(String msg){
try {
//將待發(fā)送的字符串轉(zhuǎn)為字節(jié)數(shù)組
byte[] outData=msg.getBytes("utf-8");
//構(gòu)建用于發(fā)送的數(shù)據(jù)報(bào)文，構(gòu)造方法中傳入遠(yuǎn)程通信方（服務(wù)器）的ip地址和端口
DatagramPacket outPacket=new DatagramPacket(outData,outData.length,remoteIP,remotePort);
//給UDP發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)
socket.send(outPacket);
}catch (IOException e){
e.printStackTrace();
}
}
public String receive(){
String msg;
//準(zhǔn)備空的數(shù)據(jù)報(bào)文
DatagramPacket inPacket=new DatagramPacket(new byte[MAX_PACKET_SIZE],MAX_PACKET_SIZE);
try {
//讀取報(bào)文，阻塞語(yǔ)句，有數(shù)據(jù)就裝包在inPacket報(bào)文中，以裝完或裝滿為止
socket.receive(inPacket);
//將接收到的字節(jié)數(shù)組轉(zhuǎn)為對(duì)應(yīng)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、總結(jié)
這一篇詳細(xì)記錄學(xué)習(xí)運(yùn)用java進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編程，基于UDP套接字(Socket)實(shí)現(xiàn)服務(wù)器與客戶端間的通信，在實(shí)戰(zhàn)案例中更深刻理解UDP的實(shí)現(xiàn)原理，掌握UDP實(shí)踐應(yīng)用步驟。
起初完成UDP通信時(shí)，遇到了幾個(gè)問(wèn)題，相比較TCP的實(shí)現(xiàn)，確實(shí)體會(huì)到數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程的不同，UDP服務(wù)和客戶端共用了一個(gè)DatagramSocket，另外需要DatagramPacket數(shù)據(jù)報(bào)的協(xié)作。另外，UDP沒(méi)有數(shù)據(jù)流的概念，所以讀寫(xiě)不同于TCP，需要以字節(jié)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取。
到此這篇關(guān)于java實(shí)現(xiàn)基于UDP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)Socket編程(C/S通信)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)java UDP協(xié)議Socket編程內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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