【JavaEE】UDP数据报套接字—实现回显服务器（网络编程）

た入场券 2024-03-22 11:01 43阅读 0赞

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![f808a50e7b81432eb06cafa32bca6c52.gif][]

>  *  **博主简介：想进大厂的打工人**
>  *  **博主主页：**[@xyk:][xyk]
>  *  **所属专栏: [JavaEE初阶][JavaEE]**

本篇文章将带你了解什么是网络编程？

网络编程，指网络上的主机，通过不同的进程，以编程的方式实现网络通信（或称为网络数据传输）。

网络编程中需要有发送端，接收端，也就是服务器和客户端进行数据交互。

> 最常见的场景，客户端是指给用户使用的程序，服务端是提供用户服务的程序：  
> 1. 客户端先发送请求到服务端  
> 2. 服务端根据请求数据，执行相应的业务处理  
> 3. 服务端返回响应：发送业务处理结果  
> 4. 客户端根据响应数据，展示处理结果（展示获取的资源，或提示保存资源的处理结果）

--------------------

**目录**

文章目录

一、Socket套接字

1.1 概念

1.2 分类

1.3 TCP和UDP的特点

二、DatagramSocket API

三、DatagramPacket API

四、基于UDP Socket实现回显服务器

4.1 服务器端

4.1.1 创建Socket对象

4.1.2 绑定端口号

4.1.3 启动服务器主逻辑

4.2 客户端

五、Socket文件怎么是存储数据的

六、测试udp回显服务器

七、udp英语查询服务器

--------------------

## 一、Socket套接字 ##

### 1.1 概念 ###

Socket套接字，是由系统提供用于网络通信的技术，是基于TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。基于Socket套接字的网络程序开发就是网络编程~~

**程序猿写网络程序，主要编写的应用层代码！！**

真正要发送这个数据，需要上层协议，调用下层协议，应用层需要调用传输层。（想了解协议分层，请看[【JavaEE】网络通信中的一些基本概念及协议分层\_xyk:的博客-CSDN博客][JavaEE_xyk_-CSDN]

传输层给应用层提供一组api，统称为**socket api**

### 1.2 分类 ###

系统给程序猿提供了两组socket api

**1.基于UDP的api（User Datagram Protocol）**

**2.基于TCP的api（Transmission Control Protocol）**

### 1.3 TCP和UDP的特点 ###

> **UDP：**   **TCP：**
> 
> 无连接 有连接
> 
> 不可靠传输 可靠传输
> 
> 面向数据报 面向字节流
> 
> 全双工 全双工

> **所谓的无连接：**是指使用UDP通信的双方，不需要刻意保存对端的相关信息
> 
> ![c5df2243826f43a8ab05da634073e482.png][]
> 
> **不可靠传输：**消息发了就发了，不关注结果了
> 
> **面向数据报：**以一个UDP数据报为基本单位
> 
> **全双工：**一条路径，双向通信

> **所谓的有连接：**使用TCP通信的双方，则需要刻意保存对方的相关信息
> 
> ![3e96bfd653ea4117ab533e3b19875fe0.png][]
> 
> **可靠传输：**不是说，发了就100%能够到达对方，而是尽可能的传输过去（知道结果）
> 
> **面向字节流：**以字节为传输的基本单位，读写方式非常灵活
> 
> **全双工：**一条路径，双向通信
> 
> ![f4a8708e86a0471797152af8c375f158.png][]

**半双工：**

![5b855f68dbfa4e8e95689634463cbc28.png][]

## 二、DatagramSocket API ##

*  Socket ==> 数据报的Socket对象
 *  Packet ==> 这个对象就是一个UDP数据报

![ede281e15e61430f9a7524364d9de0df.png][]

**DatagramSocket 是UDP Socket，用于发送和接收UDP数据报。**

Socket，说明这个对象是一个socket对象，相当于对应到系统中一个特殊的文件（socket文件）

socket文件并非对应到硬盘上的某个数据存储区域，而是对应到，网卡这个硬件设备

（cmd中输出ipconfig查看）：

![65c7b6a1277a485eb4d07757cc638818.png][]

有线网卡：

![ed98d84f7d794cd395b3cf2086cca9d0.png][]

所以想要进行网络通信，就需要有socket文件这样的对象

借助这个socket文件对象，才能间接的操作网卡（遥控器）

> **往这个socket对象中写数据，相当于通过网卡发送消息**
> 
> **往这个socket对象中读数据，相当于通过网卡接收消息**

**DatagramSocket 构造方法：**

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>方法签名</td> 
   <td>方法说明</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>DatagramSocket()</td> 
   <td>创建一个UDP数据报套接字的Socket，绑定到本机任意一个随机端口<br> （一般用于客户端）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>DatagramSocket(int<br> port)</td> 
   <td>创建一个UDP数据报套接字的Socket，绑定到本机指定的端口（一般用<br> 于服务端）</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

> **此处的Socket对象，对于服务器这边的socket往往要关联一个具体的端口号（必须要不变！！）**
> 
> **客户端这边则不需要手动指定，系统自动分配即可（则不要求）**

举例说明一下：

![4a31209e7a0642db8e3225c58f1af00e.png][]

> 而客户端这边，不需要有地址，只需要知道餐厅在哪就行，坐在哪里吃都行，是随机的~~~

**DatagramSocket 方法：**

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>方法签名</td> 
   <td>方法说明</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>void<br> receive(DatagramPacket p)</td> 
   <td>从此套接字接收数据报（如果没有接收到数据报，该方法会阻<br> 塞等待）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>void send(DatagramPacket<br> p)</td> 
   <td>从此套接字发送数据报包（不会阻塞等待，直接发送）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>void close()</td> 
   <td>关闭此数据报套接字</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

> **socket也是文件，文件用完了要记得关闭！否则会出现文件资源泄漏的问题！！**

## 三、DatagramPacket API ##

**DatagramPacket是UDP Socket发送和接收的数据报  
DatagramPacket 构造方法：**

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>方法签名</td> 
   <td>方法说明</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>DatagramPacket(byte[]<br> buf, int length)</td> 
   <td>构造一个DatagramPacket以用来接收数据报，接收的数据保存在<br> 字节数组（第一个参数buf）中，接收指定长度（第二个参数<br> length）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>DatagramPacket(byte[]<br> buf, int offset, int length,<br> SocketAddress address)</td> 
   <td>构造一个DatagramPacket以用来发送数据报，发送的数据为字节<br> 数组（第一个参数buf）中，从0到指定长度（第二个参数<br> length）。address指定目的主机的IP和端口号</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

>  *  IP — 确认电脑
>  *  端口号port — 确定应用程序
> 
> 第一个版本，不需要设置地址进去，通常用来接受消息
> 
> 第二个版本，需要显式的设置地址进去，通常用来发送消息

**DatagramPacket 方法**

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>方法签名</td> 
   <td>方法说明</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>InetAddress<br> getAddress()</td> 
   <td>从接收的数据报中，获取发送端主机IP地址；或从发送的数据报中，获取<br> 接收端主机IP地址</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>int getPort()</td> 
   <td>从接收的数据报中，获取发送端主机的端口号；或从发送的数据报中，获<br> 取接收端主机端口号</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>byte[] getData()</td> 
   <td>获取数据报中的数据</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

>  *  InetAddress是对服务器IP地址的包装
>  *  端口号代表服务器程序所在的“位置”

## 四、基于UDP Socket实现回显服务器 ##

**回显服务器（echo server）**

客户端发了个请求，服务器返回一个一模一样的响应~~

**三个核心工作：**

1.  读取请求并解析
2.  根据请求求得对应响应（回显服务器 无此操作）
3.  把响应返回给客户端

### 4.1 服务器端 ###

#### 4.1.1 创建Socket对象 ####

![094af8ef02dc44fe98228e49ef2cf2db.png][]

> 需要先定义一个 socket 对象
> 
> 通过网络通信，必须要使用 socket对象

#### 4.1.2 绑定端口号 ####

![a15ee11e3b334d71874166851f2b99c8.png][]

> 绑定一个端口, 不一定能成功  
> 如果某个端口已经被别的进程占用了, 此时这里的绑定操作就会出错.  
> 同一个主机上, 一个端口, 同一时刻, 只能被一个进程绑定.

#### 4.1.3 启动服务器主逻辑 ####

![9713934514b949688fb44be3525d020e.png][]

**需要先构造一个空饭盒并接收：**

![deaddde53cc8453c9cca65e19668441b.png][]

> 类似去食堂打饭，带着空饭盒去（只有内存空间，没有有意义的数据），让大妈给打饭~~
> 
> 传一个空的packet对象，然后由receive方法内部，把参数的这个packet进行填充

**此时，如果还没有客户端发来的数据，怎么办？**

*  receive阻塞等待就行了，直到客户端发来真的数据请求
 *  有点类似于阻塞队列~~

**为了方便处理，把数据报转成String**

![8e44ab08e7b041cbae40627a011646e6.png][]

> 这个操作并非是必须的，只是此处为了后续代码简单，就简单的构造一个String，
> 
> 如果客户端发来的数据是“老板来份蛋炒饭”，此时这个数据就会以二进制的形式躺在requestPackct中的字节数组中，把这个字节数组拿出来，重新构造一个String，这个String 的内容就是“老板来一份蛋炒饭”

**根据请求计算响应(此处省略这个步骤)**

![38263b16a4ce450d82f6575213300f4b.png][]

![f95128826ab2412eb94efbad5915c58d.png][]

**把响应结果写回客户端，并打印日志**

![bbf3aefd23a24b29b8dbdb449760f19f.png][]

>  *  getSocketAddress === 数据报里的客户端主机IP
>  *  传给客户端得转化为数据报才行
>  *  而计算数据报的信息计算只能以字符串为对象

![32baa984950b4d74aad0ac9818ff7e01.png][]

>  **SocketAddress同时包含了 ip 和 端口号**

**完整代码：**

package network;
    
    import java.io.IOException;
    import java.net.DatagramPacket;
    import java.net.DatagramSocket;
    import java.net.SocketException;
    
    /**
     * @author xyk的电脑
     * @version 1.0
     * @description: TODO
     * @date 2023/4/6 16:48
     */
    public class UdpEchoServer {
        //需要先定义一个 socket 对象
        //通过网络通信，必须要使用 socket对象
        private DatagramSocket socket = null;
    
        // 绑定一个端口, 不一定能成功!!
        // 如果某个端口已经被别的进程占用了, 此时这里的绑定操作就会出错.
        // 同一个主机上, 一个端口, 同一时刻, 只能被一个进程绑定.
        public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {
            socket = new DatagramSocket(port);
        }
    
        //启动服务器的主逻辑
        public void start() throws IOException {
            System.out.println("服务器启动！");
            while (true){
                // 每次循环, 要做三件事情:
                // 1. 读取请求并解析
                //    构造空饭盒
                DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);
                //    食堂大妈给饭盒里面盛饭（饭从网卡上来的）
                socket.receive(requestPacket);
                //    为了方便处理这个请求, 把数据包转成 String
                String request = new String(requestPacket.getData(),0,
                        requestPacket.getLength());
                // 2. 根据请求计算响应(此处省略这个步骤)
                String response = process(request);
                // 3. 把响应结果写回到客户端
                //    根据 response 字符串, 构造一个 DatagramPacket .
                //    和请求 packet 不同, 此处构造响应的时候, 需要指定这个包要发给谁.
                DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(),
                        // requestPacket 是从客户端这里收来的. getSocketAddress 就会得到客户端的 ip 和 端口
                        response.getBytes().length,requestPacket.getSocketAddress());
                socket.send(responsePacket);
                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 udpEchoServer = new UdpEchoServer(9090);
            udpEchoServer.start();
        }
    }

### 4.2 客户端 ###

**4.2.1 客户端启动，需要知道服务器在哪里！！**

![535bb666ec5741c787914662909686bb.png][]

> 对于客户端不需要指定关联端口，不代表没有端口，而是系统自动分配了端口

**4.2.2 用户输入内容**

![22c94a186fb6407698969427e3d04526.png][]

**4.2.3 把字符串构造成 UDP packet, 并进行发送.**

![f8863f0805e149248fd5dfb66e3416a8.png][]

> 这个构造，也是把数据构造成DatagramPacket，一方面需要String中的getBytes数组
> 
> 另一方面，需要指定服务器的 ip 和 端口，此处不是通过InetAddress直接构造了，而是分开设置

**4.2.4 把响应数据转换成 String 显示出来.**

![1fbb5c42cb42419f835e4309eda3846c.png][]  
**完整代码：**

package network;
    
    import java.io.IOException;
    import java.net.*;
    import java.util.Scanner;
    
    /**
     * @author xyk的电脑
     * @version 1.0
     * @description: TODO
     * @date 2023/4/6 16:48
     */
    public class UdpEchoClient {
        private DatagramSocket socket = null;
        private String serverIp;
        private int serverPort;
    
        // 客户端启动, 需要知道服务器在哪里!!
        public UdpEchoClient(String serverIp,int serverPort) throws SocketException {
            // 对于客户端来说, 不需要显示关联端口.
            // 不代表没有端口, 而是系统自动分配了个空闲的端口.
            socket = new DatagramSocket();
            this.serverIp = serverIp;
            this.serverPort = serverPort;
        }
    
        public void start() throws IOException {
            Scanner scanner = new Scanner(System.in);
            while (true){
                // 1. 先从控制台, 读取一个字符串过来
                //    先打印一个提示符, 提示用户要输入内容
                System.out.print("-> ");
                String request = scanner.next();
                // 2. 把字符串构造成 UDP packet, 并进行发送.
                DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(),
                        request.getBytes().length,
                        InetAddress.getByName(serverIp),serverPort);
                socket.send(requestPacket);
                // 3. 客户端尝试读取服务器返回的响应
                DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);
                socket.receive(responsePacket);
                // 4. 把响应数据转换成 String 显示出来.
                String response = new String(responsePacket.getData(),
                        0, responsePacket.getLength());
                System.out.printf("req: %s, resp: %s\n", request, response);
            }
        }
    
        public static void main(String[] args) throws IOException {
            UdpEchoClient udpEchoClient = new UdpEchoClient("127.0.0.1",9090);
            udpEchoClient.start();
        }
    
    }

**小结：**

![3e549440639e49f6a55b1f9c9d9b2056.png][]

## 五、Socket文件怎么是存储数据的 ##

![d4ea42989b2f46ce9fc78cf06b701dce.png][]

## 六、测试udp回显服务器 ##

![18fac0ae69f841c5b06081404505c3a3.png][]

![bcb00f5863a44612b80cf0291c4e7026.png][]

## 七、udp英语查询服务器 ##

package network;
    
    import java.io.IOException;
    import java.net.SocketException;
    import java.util.HashMap;
    import java.util.Map;
    
    /**
     * @author xyk的电脑
     * @version 1.0
     * @description: TODO
     * @date 2023/4/9 21:39
     */
    public class UdpDictServer extends UdpEchoServer {
        private Map<String,String> dict = new HashMap<>();
    
        public UdpDictServer(int port) throws SocketException {
            super(port);
    
            dict.put("dog","小狗");
            dict.put("cat","小猫");
            dict.put("fuck","卧槽");
        }
    
        @Override
        public String process(String request){
            return dict.getOrDefault(request,"该单词没有查到! ");
        }
    
        public static void main(String[] args) throws IOException {
            UdpDictServer udpDictServer = new UdpDictServer(9090);
            udpDictServer.start();
        }
    }

![2d6debd35ff04e9790579156fa8b0645.png][]

![09bfc2c0a1a34fe8bd19515a867d84df.png][]

[f808a50e7b81432eb06cafa32bca6c52.gif]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/22/c979bb9a50f547d9b89d94e8c22d96e7.png
[xyk]: https://blog.csdn.net/asad21654864?spm=1000.2115.3001.5343
[JavaEE]: https://blog.csdn.net/asad21654864/category_12243955.html?spm=1001.2014.3001.5482
[JavaEE_xyk_-CSDN]: https://blog.csdn.net/asad21654864/article/details/130371081?spm=1001.2014.3001.5502
[c5df2243826f43a8ab05da634073e482.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/22/12306b28d27047c7bf344cfef9a782ba.png
[3e96bfd653ea4117ab533e3b19875fe0.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/22/a3f6036f80f54a4da7b89b90d3deb423.png
[f4a8708e86a0471797152af8c375f158.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/22/35fc04272b584130a62291dfeede2c72.png
[5b855f68dbfa4e8e95689634463cbc28.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/22/409b5ea34613421dbcb7829c4d34caf0.png
[ede281e15e61430f9a7524364d9de0df.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/22/bde3cdea0d7e49b0abd9ac276745fdd6.png
[65c7b6a1277a485eb4d07757cc638818.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/22/b73c52c561594fed96ec30e9011fb486.png
[ed98d84f7d794cd395b3cf2086cca9d0.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/22/b46f67a456944e97b516895feb7e406e.png
[4a31209e7a0642db8e3225c58f1af00e.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/22/bc32aeba93bf4a91ae1a7020a09633a0.png
[094af8ef02dc44fe98228e49ef2cf2db.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/22/eb7c321eabdc455199fa5cc1757bcc0b.png
[a15ee11e3b334d71874166851f2b99c8.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/22/5b8dfc3b1dd54b99ad43ccdca781acb6.png
[9713934514b949688fb44be3525d020e.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/22/d631635f4dfb4c4895795e6b2d72005e.png
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