Java開發筆記（一百一十六）採用UDP協議的Socket通訊

前面介紹瞭如何經過Socket接口傳輸文本與文件，在示例代碼中，Socket客戶端得先調用connect方法鏈接服務端，確認雙方成功連上後才能繼續運行後面的代碼，這種確認機制確保客戶端與服務端的的確確成功鏈接了，於是是可靠的網絡鏈接，而且該可靠鏈接屬於TCP鏈接。爲啥這麼說呢？由於TCP協議（全稱「Transmission Control Protocol」，傳輸控制協議）不只是一種傳輸層的通訊協議，並且它具有面向可靠鏈接、以及基於字節流兩大特徵。以前聯合Socket與ServerSocket實現消息通訊的過程，正是聽從TCP協議的精神
雖然可靠鏈接可以保證必定會把信息送達對方，可是有時須要批量向一羣目標設備發送消息，也就是俗稱的「羣發」，假若每一個設備都經歷創建鏈接、發送消息、關閉鏈接三個步驟，整個羣發操做的資源開銷將是巨大的。鑑於羣發功能通常爲單向過程，消息發送方既不關心那些接收方是否收到消息，也不期望那些接收方會有什麼反饋結果，總之消息發送方就像電臺作廣播那樣，在固定的頻率波段發送信息，它才無論別人的收音機有沒有開着、有沒有接收這個頻道，只有收音機開着且調至對應的頻道，方能收到該電臺的廣播節目。像這樣的廣播功能用到了傳輸層的另外一種UDP協議（全稱「User Datagram Protocol」，用戶數據報協議），因爲UDP並不是可靠鏈接，它只管扔沙包，而無論對方有沒有接到沙包，所以實現過程相較TCP要更簡單，畢竟隨便丟東西不費多少勁兒。
就UDP協議而言，Java給出的實現工具包括數據包套接字DatagramSocket和數據包裹DatagramPacket。其中DatagramSocket提供了設備間的數據交互動做，它的主要方法說明以下：
構造方法：對於服務端來講，構造方法須要指定待偵聽的端口號；對於客戶端來講，構造方法無需任何參數。
receive：該方法用於服務端接收數據。
send：該方法用於客戶端發送數據。
close：關閉數據包套接字。
注意上面的receive和send兩個方法，它們的輸入參數類型爲DatagramPacket，也就是說，必須先將數據封裝爲DatagramPacket格式，才能在UDO的服務端與客戶端之間傳輸。下面是DatagramPacket的主要方法說明：
用於服務端的構造方法：此時構造方法只有兩個參數，分別爲字節數組及其長度。
用於客戶端的構造方法：此時構造方法擁有四個參數，依次爲字節數組、數組長度、數據要發往的服務器InetAddress地址、服務器的端口號。
getData：獲取數據包裹裏的字節數組。
getOffset：獲取數據的起始偏移。
getLength：獲取數據的長度。

接下來舉個簡單的應用案例，採起UDP協議在設備之間傳輸文本消息，此時的UDP服務端代碼示例以下：

//演示Socket服務器的運行（UDP協議的不可靠鏈接）
public class TestUdpServer {
	private static final int UDP_PORT = 61000; // UDP傳輸專用端口

	public static void main(String[] args) {
		startUdpServer(); // 啓動UDP服務器接收文本消息
	}

	// 啓動UDP服務器接收文本消息
	private static void startUdpServer() {
		PrintUtils.print("UDP服務器已啓動");
		// 建立一個監聽指定端口的DatagramSocket對象
		try (DatagramSocket socket = new DatagramSocket(UDP_PORT)) {
			byte[] data = new byte[1024]; // 接收數據的字節數組
			// 建立一個DatagramPacket對象，並指定數據包的字節數組及其大小
			DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, data.length);
			while (true) { // 持續偵聽
				socket.receive(packet); // 接收到了數據包
				// 把收到的數據轉換爲字符串。字符串構造方法的三個參數依次爲：
				// 已收到的數據、起始偏移、數據的長度。
				String message = new String(packet.getData(),
						packet.getOffset(), packet.getLength());
				PrintUtils.print("UDP服務器收到消息：" + message);
			}
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
}

原來UDP方式的服務端代碼如此簡潔，UDP客戶端的代碼一樣簡約，即使是發送兩條消息的完整代碼也只有如下數行：

//演示Socket客戶端的運行（UDP協議的不可靠鏈接）
public class TestUdpClient {
	// 如下爲Socket服務器的IP和端口，根據實際狀況修改
	private static final String SOCKET_IP = "192.168.1.8";
	private static final int UDP_PORT = 61000; // UDP傳輸專用端口

	public static void main(String[] args) {
		startUdpClient("Hello World"); // 啓動UDP客戶端發送文本消息
		startUdpClient("你好，世界"); // 啓動UDP客戶端發送文本消息
	}

	// 啓動UDP客戶端發送文本消息
	private static void startUdpClient(String message) {
		PrintUtils.print("UDP客戶端發送消息：" + message);
		// 建立一個DatagramSocket對象
		try (DatagramSocket socket = new DatagramSocket()) {
			// 根據IP地址得到對應的網絡地址對象
			InetAddress serverAddress = InetAddress.getByName(SOCKET_IP);
			byte data[] = message.getBytes(); // 把字符串轉換爲字節數組
			// 建立一個DatagramPacket對象，構造方法的四個參數依次爲：
			// 待發送的數據、數據的長度、服務器的網絡地址、服務器的端口號。
			DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, data.length, serverAddress, UDP_PORT);
			socket.send(packet); // 向服務器發送數據包
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
}

而後前後運行服務端與客戶端的測試代碼，觀察到的客戶端日誌以下：

12:16:12.316 main UDP客戶端發送消息：Hello World
12:16:12.366 main UDP客戶端發送消息：你好，世界

 

同時觀察到下面的服務端日誌：

12:15:46.998 main UDP服務器已啓動
12:16:12.366 main UDP服務器收到消息：Hello World
12:16:12.368 main UDP服務器收到消息：你好，世界

 

根據以上的客戶端日誌以及服務端日誌，可知經過UDP協議也成功完成了文本傳輸。

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