详解UDP协议与实现UDP版本字典翻译客户端与服务器

叁歲伎倆 2024-03-23 10:52 99阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  前言
 *  1. UDP协议介绍
 *  2.UDP Socket的介绍
 *  3. UDP版本字典翻译服务器
 *  4. UDP版本字典翻译客户端

## 前言 ##

UDP协议也是传输层的一种协议，上篇文章我们介绍了TCP协议可以参考我的另一篇博客[详解TCP协议以及实现TCP版本的字典翻译服务器客户端][TCP_TCP]，以下来介绍一下UDP协议以及他的使用。

## 1. UDP协议介绍 ##

1.  UDP协议是无连接，不可靠传输，面向数据报。全双工的协议。
    
    **解释说明：**
    
    1.  无连接：知道对端的IP和端口号就直接进行传输，不需要建立连接；
    2.  不可靠：发送端发送数据报后就算没有接收UDP协议层也不会返回错误信息给应用层；
    3.  面向数据报：应用层交给UDP多长的报文，就发送多长，既不会拆分也不会合并；
    4.  缓冲区：UDP只有接收缓冲区没有发送缓冲区，发送的数据直接交给内核，由内核交给网络层然后继续后续的传输；UDP具有接收缓冲区，但是这个接收缓冲区不能保证收到的UDP报的顺序和发送UDP报的顺序一致；如果缓冲区满了，再到达的UDP数据就会被丢弃；
2.  UDP协议端格式：  
    ![在这里插入图片描述][46e861cd11d54d83a4c382c6f53443ea.png]
3.  UDP与TCP协议的比较：
    
    1.  TCP具有可靠性UDP没有，但是UDP传输速度比TCP快。
    2.  使用场景：TCP用于可靠传输的情况，应用于文件传输，重要状态更新等场景；UDP用于对高速传输和实时性要求较高的通信领域，例如，早期的QQ，视频传输等。另外UDP可以用于广播；

## 2.UDP Socket的介绍 ##

Java中分装的UDP版本API主要分为**DatagramSocket** 和**DatagramPacket** 用于发送和接收UDP数据报。

DatagramSocket：

1.  DatagramSocket的构造方法：
    
    1.  **DatagramSocket（）** ：创建一个UDP数据报套接字的Socket，绑定到本机的任意一个随机端口（一般用于客户端）。
    2.  **DatagramSocket（int port）** ：创建一个UDP数据报套接字的Socket，绑定到本机的指定端口（一般用于服务器）。
2.  DatagramSocket的方法：  
    1. void receive（DatagramPacket p）：从此套接字接收数据报，如果没有接收到数据报就会阻塞等待。  
    2. void send（DatagramPacket p）：从此套接字发送数据报包。  
    3. void close（）：关闭数据报套接字。

DatagramPacket：

1.  DatagramPacket的构造方法：
    
    1.  **DatagramPacket（byte\[\] buf ,int length）** ：构造一个DatagramPacket 用来**接收**数据报，接收的数据保存在字节数组中，接收指定长度length。
    2.  **DatagramPacket（byte\[\] buf, int offest, int length, SocketAddress address）** ：构造一个DatagramPacket 用来**发送**数据报，发送的数据为字节  
        数组中，从offest到指定长度length位置。address指定目的主机的IP和端口号。
2.  DatagramPacket的方法：  
    1. InetAddress getAddress（）：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  
    接收端主机IP地址。  
    2. int getPort（）：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，获取接收端主机端口号。  
    3. byte\[\] getData（）：获取数据报数据。

InetSocketAddress  
用DatagramPacket 构造UDP发送的数据报时，需要传入SocketAddress，该对象可以使用InetSocketAddress类创建。

InetSocketAddres的构造方法：

> InetSocketAddress（InetAddress addr， int port）：创建一个Socket地址，包含IP地址和端口号。

## 3. UDP版本字典翻译服务器 ##

**注意：** 以下也是先创建一个回显式服务器，通过继承来实现字典翻译的功能。

package 网络编程;
    import java.io.IOException;
    import java.net.DatagramPacket;
    import java.net.DatagramSocket;
    import java.net.SocketException;
    import java.nio.charset.StandardCharsets;
    
    /**
     * @author zq
     * 服务器
     */
    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;
        //抛异常，因为绑定不一定成功，比如某个端口被别的占用
        //同一个主机上一个端口只能被一个进程绑定。
        public UdpEchoServer(int port) throws SocketException{
        
            //构造socket的同时，指定要关联的端口
            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，都要做三件事情
                //1.读取请求并解析
                DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);
                socket.receive(requestPacket);
                //为了方便处理这个请求，我们把数据包转成String
                String request = new String(requestPacket.getData(),0,requestPacket.getLength());
                //2.根据请求计算响应
                String response = process(request);
                //3.把响应结果写回客户端
                //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(),response.getBytes().length
                        //requestPacket是从客户端这里收来的，getSocketAddress就会得到客户端的ip和端口
                        ,requestPacket.getSocketAddress());
                socket.send(responsePacket);
                System.out.printf("[%s:%d] req : %s, resp: %s\n",           requestPacket.getAddress().toString(),requestPacket.getPort(),request,response);
            }
        }
        //这个方法是根据请求计算响应
        //这个方法后续可以根据需求修改
        public String process(String request){
        
            return  request;
        }
        public static void main(String[] args) throws IOException {
        
            UdpEchoServer udpEchoServer = new UdpEchoServer(9090);
            udpEchoServer.start();
        }
    
    }

**字典翻译服务器代码：**

package 网络编程;
    
    import java.io.IOException;
    import java.net.SocketException;
    import java.util.HashMap;
    import java.util.Map;
    
    /**
     * @author zq
     * 实现翻译的客户端服务器
     */
    public class UdpDictSever extends UdpEchoServer {
        
        private Map<String,String> dict = new HashMap<>();
    
        //调用构造方法
        public UdpDictSever(int port) throws SocketException {
        
            super(port);
            dict.put("dog","小狗");
            dict.put("cat","小猫");
            dict.put("hello","你好");
            dict.put("love","爱");
            //可以无限制添加很多数据
        }
        //重写process方法
        @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 {
        
            UdpDictSever udpDictSever = new UdpDictSever(9090);
            udpDictSever.start();
        }
    }

## 4. UDP版本字典翻译客户端 ##

package 网络编程;
    
    import java.io.IOException;
    import java.net.*;
    import java.nio.charset.StandardCharsets;
    import java.util.Scanner;
    
    /**
     * @author zq
     * UDP版本的客户端服务器程序（回显程序）
     */
    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 {
        
             //通过这个客户端可以多次和服务器进行交换
            Scanner scanner = new Scanner(System.in);//用户输入
            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.println("->");
                String request = scanner.next();
                //2.把字符串构造成UDP packet，（传输层的数据报）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。接收返回的数据报
                DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);
                socket.receive(responsePacket);//receive方法中的参数传空
                //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();
    
         }
    }

[TCP_TCP]: http://t.csdn.cn/yXBOW
[46e861cd11d54d83a4c382c6f53443ea.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/23/a30d7272841c4e2c8e5253017ef32145.png