基于UPD的快速局域网聊天室

UPD与TCP对比：

UDP是无连接的协议，也不保证可靠交付，只在IP数据报服务之上增加了很少的功能，主要是复用和分用以及差错检测的功能。这适用于要求源主机以恒定速率发送数据，允许网络拥塞时丢失数据，却不允许数据有太大时延的实时应用。

TCP则是面向连接的传输层协议，提供可靠的交付服务。TCP把连接作为最基本的抽象，连接的端点叫做套接字（socket）。每一条TCP连接唯一地被通信两端的两个端点（即套接字对 socket pair）所确定，即每一条TCP连接只能是点对点的 [2]。应用程序在使用TCP协议之前必须先建立TCP连接，在传送数据完毕后必须释放已经建立的TCP连接。TCP提供全双工通讯，允许通信双方的应用进程在任何时候都能发送数据，TCP连接的两端都设有发送缓存和接收缓存，用来临时存放双向通信的数据。与面向报文的UDP不同，TCP是面向字节流的。这里的“流”（stream）指的是流入到进程或者从进程流出的字节序列。虽然应用程序和TCP的交互是一次一个大小不等的数据块，但TCP把应用程序交下来的数据仅仅看成是一连串的无结构的字节流，并不知道所传送的字节流的含义。TCP适用于需要有序、可靠地传输数据流的应用程序。

UPD的使用限制：

在 IPv4 中，IP 首部包含一个 16 位的总长度字段，因此 IPv4 数据包的最大长度为65536 字节，不过这其中包含了 IP 首部（通常为 20 字节）和 UDP 首部（8 字节），所以实际可用于 UDP 数据的最大长度为 65507 字节。
然而，在实际网络环境中，由于不同网络设备（如路由器）可能有不同的最大传输单元（MTU，Maximum Transmission Unit），数据包大小可能会受到进一步限制。以太网的 MTU 通常为 1500 字节，如果 UDP 数据包大小超过 MTU，就需要进行分片处理。分片会增加网络传输的复杂性和出错的可能性，因此在实际应用中，为了避免分片，建议将 UDP 数据包大小控制在 MTU 以下。在 UTF - 8 编码下，1500 字节大约能存储 500 个常见的中文。

总结：

1、500字基本满足文字类聊天所需；

代码部分：

package tangzeqi.com.service;

import com.alibaba.fastjson.JSON;
import org.apache.commons.lang.time.DateUtils;
import org.apache.commons.lang3.ObjectUtils;
import tangzeqi.com.project.MyProject;
import tangzeqi.com.stroge.BaseMessage;
import tangzeqi.com.stroge.BaseUser;
import tangzeqi.com.stroge.TextMessage;
import tangzeqi.com.stroge.UPDMessage;
import tangzeqi.com.utils.Md5Utils;
import tangzeqi.com.utils.MessageUtils;

import java.io.IOException;
import java.net.*;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.util.Date;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicLong;

/**
 * 局域网广播通讯，UPD
 */
public class UPDService {

    private volatile boolean doing = false;

    private volatile AtomicLong msgIndesx = new AtomicLong(0);

    private final String project;
    /**
     * 广播模式
     */
    private volatile DatagramSocket socket;

    private final DatagramPacket packet = new DatagramPacket("".getBytes(), "".getBytes().length, InetAddress.getByName("255.255.255.255"), 0);

    private volatile ConcurrentHashMap<String, UPDInetSocketAddress> addresses = new ConcurrentHashMap<>();

    public UPDService(String project) throws SocketException, UnknownHostException {
        this.project = project;
    }

    public void start() {
        try {
            socket = new DatagramSocket();
            socket.setBroadcast(true);
            scan();
        } catch (SocketException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    public void scan() {
        if (doing) {
        } else {
            doing = true;
            //感知
            MyProject.cache(project).executor.execute(() -> {
                MyProject.cache(project).executor.execute(new Scaner(0, 5000));
                MyProject.cache(project).executor.execute(new Scaner(5001, 10000));
                MyProject.cache(project).executor.execute(new Scaner(10001, 15000));
                MyProject.cache(project).executor.execute(new Scaner(15001, 20000));
                MyProject.cache(project).executor.execute(new Scaner(20001, 25000));
                MyProject.cache(project).executor.execute(new Scaner(25001, 30000));
                MyProject.cache(project).executor.execute(new Scaner(30001, 35000));
                MyProject.cache(project).executor.execute(new Scaner(35001, 40000));
                MyProject.cache(project).executor.execute(new Scaner(40001, 45000));
                MyProject.cache(project).executor.execute(new Scaner(45001, 50000));
                MyProject.cache(project).executor.execute(new Scaner(50001, 55000));
                MyProject.cache(project).executor.execute(new Scaner(55001, 60000));
                MyProject.cache(project).executor.execute(new Scaner(60001, 65535));
            });
            //感知、信息、保活
            MyProject.cache(project).executor.execute(() -> {
                byte[] receiveBuffer = new byte[1500];
                final DatagramPacket receivePacket = new DatagramPacket(receiveBuffer, receiveBuffer.length);
                while (!socket.isClosed()) {
                    try {
                        socket.receive(receivePacket);
                        String receivedData = new String(receivePacket.getData(), 0, receivePacket.getLength(), StandardCharsets.UTF_8);
                        BaseMessage message = MessageUtils.resolve(receivedData);
                        if (message.getMessage() instanceof UPDMessage) {
                            if (check(((UPDMessage) message.getMessage()).getToken())) {
                                if (!addresses.containsKey(receivePacket.getAddress() + ":" + receivePacket.getPort())) {
                                    MyProject.cache(project).sysMessage("发现::" + receivePacket.getAddress() + ":" + receivePacket.getPort());
                                }
                                addresses.put(receivePacket.getAddress() + ":" + receivePacket.getPort(), new UPDInetSocketAddress(receivePacket.getAddress(), receivePacket.getPort()));
                            }
                        } else if (message.getMessage() instanceof TextMessage) {
                            if (msgIndesx.get() < message.getId() && msgIndesx.compareAndSet(msgIndesx.get(), message.getId())) {
                                MyProject.cache(project).chatMessage(((TextMessage) message.getMessage()).getMessage(), message.getMessage().getName());
                            }
                        }
                    } catch (IOException e) {
                    } catch (Exception e) {
                    }
                }
            });
        }
    }

    public <T extends BaseUser> void send(T o) {
        byte[] message = new byte[0];
        message = JSON.toJSONString(BaseMessage.builder().id(System.nanoTime()).message(o).build()).getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
        packet.setData(message);
        packet.setLength(message.length);
        long time = new Date().getTime();
        for (UPDInetSocketAddress address : addresses.values()) {
            if (address.outTime >= time) {
                packet.setSocketAddress(address);
                try {
                    socket.send(packet);
                } catch (IOException e) {
                }
            }
        }
    }

    private boolean check(String token) {
        if (ObjectUtils.isEmpty(token)) return false;
        return Md5Utils.getMD5(new Date().getTime() / 1000000 + "", StandardCharsets.UTF_8.name()).equalsIgnoreCase(token);
    }

    public void shutDowm() {
        socket.close();
        doing = false;
        addresses.clear();
    }

    private class UPDInetSocketAddress extends InetSocketAddress {
        public final long outTime = DateUtils.addMinutes(new Date(), 1).getTime();

        public UPDInetSocketAddress(int port) {
            super(port);
        }

        public UPDInetSocketAddress(InetAddress addr, int port) {
            super(addr, port);
        }

        public UPDInetSocketAddress(String hostname, int port) {
            super(hostname, port);
        }
    }

    private class Scaner implements Runnable {
        private final DatagramPacket scanPacket;

        {
            try {
                scanPacket = new DatagramPacket("".getBytes(), "".getBytes().length, InetAddress.getByName("255.255.255.255"), 0);
            } catch (UnknownHostException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }

        int start;
        int end;

        public Scaner(int start, int end) {
            this.start = start;
            this.end = end;
        }

        @Override
        public void run() {
            while (!socket.isClosed()) {
                for (int portD = (start + end) / 2, portU = ((start + end) / 2) + 1; portU <= end && portD >= start && !socket.isClosed(); portD--, portU++) {
                    try {
                        Thread.sleep(1);
                    } catch (InterruptedException e) {
                    }
                    try {
                        BaseMessage<BaseUser> build = BaseMessage.builder().message(UPDMessage.builder().token(Md5Utils.getMD5(new Date().getTime() / 1000000 + "", StandardCharsets.UTF_8.name())).build()).build();
                        String string = JSON.toJSONString(build);
                        byte[] bytes = string.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
                        scanPacket.setData(bytes);
                        scanPacket.setLength(bytes.length);
                        scanPacket.setPort(portU);
                        socket.send(scanPacket);
//                        MyProject.cache(project).config.updconnectStatus(true,"开始感知端口:"+portU);
//                        MyProject.cache(project).sysMessage("开始感知端口:"+portU);
                        scanPacket.setPort(portD);
                        socket.send(scanPacket);
//                        MyProject.cache(project).config.updconnectStatus(true,"开始感知端口:"+portD);
//                        MyProject.cache(project).sysMessage("开始感知端口:"+portD);
                    } catch (IOException e) {
                    }
                }
            }
        }
    }

}

代码介绍：

start(): 构建一个基础的UPD类，并设置为广播模式。

InetAddress.getByName("255.255.255.255")：在 IPv4 网络中，255.255.255.255 是一个特殊的 IP 地址，被称作有限广播地址（Limited Broadcast Address）。当数据包被发送到这个地址时，它会在本地网络（也就是当前子网）内进行广播，意味着本地网络中的所有设备都会接收到这个数据包。

scan():开启线程任务，循环向局域网内广播一段有特殊含义的字符串。

Md5Utils.getMD5(new Date().getTime() / 1000000）：这是一个简单的小计算，主要参与check()方法中的校验，当其他UPD服务接收到后也会采用同样的算法并与之匹配，如果匹配成功则加入信息组队列。后期可以扩展成任何算法，也可以利用这个模式给房间分组。

UPDMessage：广播信息体

TextMessage：普通聊天信息体

send(): 当需要发送普通聊天信息时，构建TextMessage，并给感知到的有效信息组成员发送信息。

UPDInetSocketAddress：简单封装过的InetSocketAddress，在原基础上加入了失效机制，目前为1分钟后失效，当感知到成员时会更新失效时间，当发送聊天信息时会验证有效性。理论上目前所有端口的感知频率在一分钟以内，所以省略了保活线程，后期可以加上。其实也可以采用本地超时缓存，不过考虑开销问题，这次代码中就不使用了。

效果图（来自本人上架idea插件商城的Wchat）：