Java开发笔记（一百一十六）采用UDP协议的Socket通信

前面介绍了如何通过Socket接口传输文本与文件，在示例代码中，Socket客户端得先调用connect方法连接服务端，确认双方成功连上后才能继续运行后面的代码，这种确认机制确保客户端与服务端的的确确成功连接了，因而是可靠的网络连接，并且该可靠连接属于TCP连接。为啥这么说呢？因为TCP协议（全称“Transmission Control Protocol”，传输控制协议）不仅是一种传输层的通信协议，而且它具备面向可靠连接、以及基于字节流两大特征。之前联合Socket与ServerSocket实现消息通信的过程，正是遵从TCP协议的精神
虽然可靠连接能够保证一定会把信息送达对方，但是有时需要批量向一群目标设备发送消息，也就是俗称的“群发”，倘若每个设备都经历建立连接、发送消息、关闭连接三个步骤，整个群发操作的资源开销将是巨大的。鉴于群发功能一般为单向过程，消息发送方既不关心那些接收方是否收到消息，也不指望那些接收方会有什么反馈结果，总之消息发送方就像电台做广播那样，在固定的频率波段发送信息，它才不管别人的收音机有没有开着、有没有接收这个频道，只有收音机开着且调至对应的频道，方能收到该电台的广播节目。像这样的广播功能用到了传输层的另一种UDP协议（全称“User Datagram Protocol”，用户数据报协议），由于UDP并非可靠连接，它只管扔沙包，而不管对方有没有接到沙包，因此实现过程相较TCP要更简单，毕竟随便丢东西不费多少劲儿。
就UDP协议而言，Java给出的实现工具包括数据包套接字DatagramSocket和数据包裹DatagramPacket。其中DatagramSocket提供了设备间的数据交互动作，它的主要方法说明如下：
构造方法：对于服务端来说，构造方法需要指定待侦听的端口号；对于客户端来说，构造方法无需任何参数。
receive：该方法用于服务端接收数据。
send：该方法用于客户端发送数据。
close：关闭数据包套接字。
注意上面的receive和send两个方法，它们的输入参数类型为DatagramPacket，也就是说，必须先将数据封装为DatagramPacket格式，才能在UDO的服务端与客户端之间传输。下面是DatagramPacket的主要方法说明：
用于服务端的构造方法：此时构造方法只有两个参数，分别为字节数组及其长度。
用于客户端的构造方法：此时构造方法拥有四个参数，依次为字节数组、数组长度、数据要发往的服务器InetAddress地址、服务器的端口号。
getData：获取数据包裹里的字节数组。
getOffset：获取数据的起始偏移。
getLength：获取数据的长度。

接下来举个简单的应用案例，采取UDP协议在设备之间传输文本消息，此时的UDP服务端代码示例如下：

//演示Socket服务器的运行（UDP协议的不可靠连接）
public class TestUdpServer {
	private static final int UDP_PORT = 61000; // UDP传输专用端口

	public static void main(String[] args) {
		startUdpServer(); // 启动UDP服务器接收文本消息
	}

	// 启动UDP服务器接收文本消息
	private static void startUdpServer() {
		PrintUtils.print("UDP服务器已启动");
		// 创建一个监听指定端口的DatagramSocket对象
		try (DatagramSocket socket = new DatagramSocket(UDP_PORT)) {
			byte[] data = new byte[1024]; // 接收数据的字节数组
			// 创建一个DatagramPacket对象，并指定数据包的字节数组及其大小
			DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, data.length);
			while (true) { // 持续侦听
				socket.receive(packet); // 接收到了数据包
				// 把收到的数据转换为字符串。字符串构造方法的三个参数依次为：
				// 已收到的数据、起始偏移、数据的长度。
				String message = new String(packet.getData(),
						packet.getOffset(), packet.getLength());
				PrintUtils.print("UDP服务器收到消息：" + message);
			}
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
}

原来UDP方式的服务端代码如此简洁，UDP客户端的代码同样简约，即便是发送两条消息的完整代码也只有以下数行：

//演示Socket客户端的运行（UDP协议的不可靠连接）
public class TestUdpClient {
	// 以下为Socket服务器的IP和端口，根据实际情况修改
	private static final String SOCKET_IP = "192.168.1.8";
	private static final int UDP_PORT = 61000; // UDP传输专用端口

	public static void main(String[] args) {
		startUdpClient("Hello World"); // 启动UDP客户端发送文本消息
		startUdpClient("你好，世界"); // 启动UDP客户端发送文本消息
	}

	// 启动UDP客户端发送文本消息
	private static void startUdpClient(String message) {
		PrintUtils.print("UDP客户端发送消息：" + message);
		// 创建一个DatagramSocket对象
		try (DatagramSocket socket = new DatagramSocket()) {
			// 根据IP地址获得对应的网络地址对象
			InetAddress serverAddress = InetAddress.getByName(SOCKET_IP);
			byte data[] = message.getBytes(); // 把字符串转换为字节数组
			// 创建一个DatagramPacket对象，构造方法的四个参数依次为：
			// 待发送的数据、数据的长度、服务器的网络地址、服务器的端口号。
			DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, data.length, serverAddress, UDP_PORT);
			socket.send(packet); // 向服务器发送数据包
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
}

然后先后运行服务端与客户端的测试代码，观察到的客户端日志如下：

12:16:12.316 main UDP客户端发送消息：Hello World
12:16:12.366 main UDP客户端发送消息：你好，世界

同时观察到下面的服务端日志：

12:15:46.998 main UDP服务器已启动
12:16:12.366 main UDP服务器收到消息：Hello World
12:16:12.368 main UDP服务器收到消息：你好，世界

根据以上的客户端日志以及服务端日志，可知通过UDP协议也成功完成了文本传输。

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