UDP協議網路Socket程式設計(java實現C/S通訊案例)
阿新 • • 發佈：2020-10-16
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目錄
一、前言：認識UDP
二、UDP的特點(與TCP相比)
三、UDP網路Socket程式設計(Java實現)
1、建立客戶端
2、客戶端圖形介面
3、建立伺服器端
四、伺服器端和客戶端完整程式碼
五、效果展示
六、總結
一、前言：認識UDP
UDP，全稱User Datagram Protocol(使用者資料報協議)，是Internet 協議集支援一個無連線的傳輸協議。UDP 為應用程式提供了一種無需建立連線就可以傳送封裝的 IP 資料包的方法。
UDP主要用於不要求分組順序到達的傳輸中，分組傳輸順序的檢查與排序由應用層完成，提供面向報文的簡單不可靠資訊傳送服務。UDP 協議基本上是IP協議與上層協議的介面，適用埠分別執行在同一臺裝置上的多個應用程式。
二、UDP的特點(與TCP相比)
正是UDP提供不可靠服務，具有了TCP所沒有的優勢。無連線使得它具有資源消耗小，處理速度快的優點，所以音訊、視訊和普通資料在傳送時經常使用UDP，偶爾丟失一兩個資料包，也不會對接收結果產生太大影響。
-
UDP有別於TCP，有自己獨立的套接字(IP+Port)，它們的埠號不衝突。和TCP程式設計相比，UDP在使用前不需要進行連線，沒有流的概念。
-
如果說TCP協議通訊與電話通訊類似，那麼UDP通訊就與郵件通訊類似：不需要實時連線，只需要目的地址；
-
UDP通訊前不需要建立連線，只要知道地址（ip地址和埠號）就可以給對方傳送資訊；
-
基於使用者資料報文（包）讀寫；
-
UDP通訊一般用於線路質量好的環境，如區域網內，如果是網際網路，往往應用於對資料完整性不是過於苛刻的場合，例如語音傳送等。
以上是對UDP的基本認識，與以前學習的理論相比，接下來的實踐更加有趣，實踐出真知。
三、UDP網路Socket程式設計(Java實現)
首先，熟悉java中UDP程式設計的幾個關鍵類：DatagramSocket（套接字類），DatagramPacket（資料報類），MulticastSocket（組播）。本篇主要使用前兩個。
1、建立客戶端
第一步，例項化一個數據報套接字，用於與伺服器端進行通訊。與TCP不同，UDP中只有DatagramSocket一種套接字，不區分服務端和客戶端，建立的時候並不需要指定目的地址，這也是TCP協議和UDP協議最大的不同點之一。
public UDPClient(String remoteIP,String remotePort) throws IOException{
this.remoteIP=InetAddress.getByName(remoteIP);
this.remotePort=Integer.parseInt(remotePort);
//建立UDP套接字，系統隨機選定一個未使用的UDP埠繫結
socket=new DatagramSocket();
}
第二步， 建立UDP資料報，實現傳送和接收資料的方法。UDP傳送資料是基於報文DatagramPacket，網路中傳遞的UDP資料都要封裝在這種自包含的報文中。
實現DatagramPacket傳送資料的方法：
//定義一個數據的傳送方法
public void send(String msg){
try {
//將待發送的字串轉為位元組陣列
byte[] outData=msg.getBytes("utf-8");
//構建用於傳送的資料報文，構造方法中傳入遠端通訊方（伺服器）的ip地址和埠
DatagramPacket outPacket=new DatagramPacket(outData,outData.length,remoteIP,remotePort);
//給UDP傳送資料報
socket.send(outPacket);
}catch (IOException e){
e.printStackTrace();
}
}
DatagramPacket接收資料的方法：
public String receive(){
String msg;
//準備空的資料報文
DatagramPacket inPacket=new DatagramPacket(new byte[MAX_PACKET_SIZE],MAX_PACKET_SIZE);
try {
//讀取報文，阻塞語句，有資料就裝包在inPacket報文中，以裝完或裝滿為止
socket.receive(inPacket);
//將接收到的位元組陣列轉為對應的字串
msg=new String(inPacket.getData(),0,inPacket.getLength(),"utf-8");
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
msg=null;
}
return msg;
}
可以看到，傳送和接收資料中使用DatagramSocket的例項的send和receive方法，這就是資料報套接字的兩個重要方法。
通訊結束，銷燬Socket的方法如下：
public void close(){
if (socket!=null)
socket.close();
}
到這裡，客戶端已全部完成，等待接下來與服務端的通訊...
2、客戶端圖形介面
現在，設計客戶端通訊的簡單介面，一方面可以更方便的和伺服器連續對話通訊，另一方面，有了圖形介面，體驗感更加！圖形化介面主要使用JavaFX實現，程式碼容易看懂。
1 import javafx.application.Application;
2 import javafx.event.EventHandler;
3 import javafx.geometry.Insets;
4 import javafx.geometry.Pos;
5 import javafx.scene.Scene;
6 import javafx.scene.control.*;
7 import javafx.scene.input.KeyCode;
8 import javafx.scene.input.KeyEvent;
9 import javafx.scene.layout.BorderPane;
10 import javafx.scene.layout.HBox;
11 import javafx.scene.layout.Priority;
12 import javafx.scene.layout.VBox;
13 import javafx.stage.Stage;
14
15 import java.io.IOException;
16
17
18 public class UDPClientFX extends Application {
19
20 private Button btnExit=new Button("退出");
21 private Button btnSend = new Button("傳送");
22
23 private TextField tfSend=new TextField();//輸入資訊區域
24
25 private TextArea taDisplay=new TextArea();//顯示區域
26 private TextField ipAddress=new TextField();//填寫ip地址
27 private TextField tfport=new TextField();//填寫埠
28 private Button btConn=new Button("連線");
29 private UDPClient UDPClient;
30
31 private String ip;
32 private String port;
33
34
35 @Override
36 public void start(Stage primaryStage) {
37 BorderPane mainPane=new BorderPane();
38
39 //連線伺服器區域
40 HBox hBox1=new HBox();
41 hBox1.setSpacing(10);
42 hBox1.setPadding(new Insets(10,20,10,20));
43 hBox1.setAlignment(Pos.CENTER);
44 hBox1.getChildren().addAll(new Label("ip地址："),ipAddress,new Label("埠："),tfport,btConn);
45 mainPane.setTop(hBox1);
46
47 VBox vBox=new VBox();
48 vBox.setSpacing(10);
49
50 vBox.setPadding(new Insets(10,20,10,20));
51 vBox.getChildren().addAll(new Label("資訊顯示區"),taDisplay,new Label("資訊輸入區"),tfSend);
52
53 VBox.setVgrow(taDisplay, Priority.ALWAYS);
54 mainPane.setCenter(vBox);
55
56
57 HBox hBox=new HBox();
58 hBox.setSpacing(10);
59 hBox.setPadding(new Insets(10,20,10,20));
60 hBox.setAlignment(Pos.CENTER_RIGHT);
61 hBox.getChildren().addAll(btnSend,btnExit);
62 mainPane.setBottom(hBox);
63
64 Scene scene =new Scene(mainPane,700,500);
65 primaryStage.setScene(scene);
66 primaryStage.show();
67
68 //連線伺服器之前，傳送bye後禁用傳送按鈕，禁用Enter傳送資訊輸入區域，禁用下載按鈕
69 btnSend.setDisable(true);
70 tfSend.setDisable(true);
71
72 //連線按鈕
73 btConn.setOnAction(event -> {
74 ip=ipAddress.getText().trim();
75 port=tfport.getText().trim();
76
77 try {
78 UDPClient = new UDPClient(ip,port);
79 //連線伺服器之後未結束服務前禁用再次連線
80 btConn.setDisable(true);
81 //重新連線伺服器時啟用輸入傳送功能
82 tfSend.setDisable(false);
83 btnSend.setDisable(false);
84 } catch (IOException e) {
85 e.printStackTrace();
86 }
87 });
88
89 //傳送按鈕事件
90 btnSend.setOnAction(event -> {
91 String msg=tfSend.getText();
92 UDPClient.send(msg);//向伺服器傳送一串字元
93 taDisplay.appendText("客戶端傳送："+msg+"\n");
94
95 String Rmsg=null;
96 Rmsg=UDPClient.receive();
97 // System.out.println(Rmsg);
98 taDisplay.appendText(Rmsg+"\n");
99
100 if (msg.equals("bye")){
101 btnSend.setDisable(true);//傳送bye後禁用傳送按鈕
102 tfSend.setDisable(true);//禁用Enter傳送資訊輸入區域
103 //結束服務後再次啟用連線按鈕
104 btConn.setDisable(false);
105 }
106 tfSend.clear();
107 });
108 //對輸入區域繫結鍵盤事件
109 tfSend.setOnKeyPressed(new EventHandler<KeyEvent>() {
110 @Override
111 public void handle(KeyEvent event) {
112 if(event.getCode()==KeyCode.ENTER){
113 String msg=tfSend.getText();
114 UDPClient.send(msg);//向伺服器傳送一串字元
115 taDisplay.appendText("客戶端傳送："+msg+"\n");
116
117
118 String Rmsg=null;
119 Rmsg=UDPClient.receive();
120 taDisplay.appendText(Rmsg+"\n");
121
122 if (msg.equals("bye")){
123 tfSend.setDisable(true);//禁用Enter傳送資訊輸入區域
124 btnSend.setDisable(true);//傳送bye後禁用傳送按鈕
125 //結束服務後再次啟用連線按鈕
126 btConn.setDisable(false);
127 }
128 tfSend.clear();
129 }
130 }
131 });
132
133 btnExit.setOnAction(event -> {
134 try {
135 exit();
136 } catch (InterruptedException e) {
137 e.printStackTrace();
138 }
139
140 });
141 //窗體關閉響應的事件,點選右上角的×關閉,客戶端也關閉
142 primaryStage.setOnCloseRequest(event -> {
143 try {
144 exit();
145 } catch (InterruptedException e) {
146 e.printStackTrace();
147 }
148 });
149
150
151 //資訊顯示區滑鼠拖動高亮文字直接複製到資訊輸入框，方便選擇檔名
152 //taDispaly為資訊選擇區的TextArea，tfSend為資訊輸入區的TextField
153 //為taDisplay的選擇範圍屬性新增監聽器，當該屬性值變化(選擇文字時)，會觸發監聽器中的程式碼
154 taDisplay.selectionProperty().addListener(((observable, oldValue, newValue) -> {
155 //只有當滑鼠拖動選中了文字才複製內容
156 if(!taDisplay.getSelectedText().equals(""))
157 tfSend.setText(taDisplay.getSelectedText());
158 }));
159 }
160
161 private void exit() throws InterruptedException {
162 if (UDPClient!=null){
163 //向伺服器傳送關閉連線的約定資訊
164 UDPClient.send("bye");
165 UDPClient.close();
166 }
167 System.exit(0);
168 }
169
170
171 public static void main (String[] args) {
172 launch(args);
173 }
174 }
View Code
重點在各個控制元件的事件處理邏輯上，需避免要一些誤操作導致異常丟擲，如：連線伺服器前禁用傳送按鈕，在連線伺服器成功後禁用連線按鈕，禁用輸入區等。另外，實現了回車傳送的快捷功能，詳見程式碼的鍵盤事件繫結部分。（注：這裡的UDP連線應該視為初始化，不屬於連線伺服器，相當於我們發郵件時候填寫對方的地址一樣）
還有，約定傳送"bye"或者退出按鈕結束通訊關閉Socket。
成功連線後：
3、建立伺服器端
伺服器端為客戶端提供服務，實現通訊。這裡包括了幾個方法Service(),udpSend()和udpReceive().
首先，我將UDP資料報傳送和接收寫成一個方法，作為整體方便多次呼叫。
public DatagramPacket udpReceive() throws IOException {
DatagramPacket receive;
byte[] dataR = new byte[1024];
receive = new DatagramPacket(dataR, dataR.length);
socket.receive(receive);
return receive;
}
public void udpSend(String msg,InetAddress ipRemote,int portRemote) throws IOException {
DatagramPacket sendPacket;
byte[] dataSend = msg.getBytes();
sendPacket = new DatagramPacket(dataSend,dataSend.length,ipRemote,portRemote);
socket.send(sendPacket);
}
與TCP的Socket通訊不同，需要將資料轉化成位元組資料形式，封裝成資料報進行傳輸，接收時解析資料為位元組，再進行讀取。
伺服器端核心部分為Service()方法，例項化一個DatagramSocket類套接字，實現迴圈與客戶端的通訊。
與客戶端約定的結束標誌"bye"進行處理，結束對話。
public void Service() throws IOException {
try {
socket = new DatagramSocket(port);
System.out.println("伺服器建立成功，埠號：" + socket.getLocalPort());
while (true) {
//伺服器接收資料
String msg=null;
receivePacket = udpReceive();
InetAddress ipR = receivePacket.getAddress();
int portR = receivePacket.getPort();
msg = new String(receivePacket.getData(), 0, receivePacket.getLength(), "utf-8");
// System.out.println("收到："+receivePacket.getSocketAddress()+"內容："+msg);
if (msg.equalsIgnoreCase("bye")) {
udpSend("來自伺服器訊息：伺服器斷開連線，結束服務！",ipR,portR);
System.out.println(receivePacket.getSocketAddress()+"的客戶端離開。");
continue;
}
System.out.println("建立連線："+receivePacket.getSocketAddress());
String now = new Date().toString();
String hello = "From 伺服器：&" + now + "&" + msg;
udpSend(hello,ipR,portR);
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
四、伺服器端和客戶端完整程式碼
伺服器端：
1 //UDPServer.java
2 import java.io.IOException;
3 import java.net.DatagramPacket;
4 import java.net.DatagramSocket;
5 import java.net.InetAddress;
6 import java.util.Date;
7
8 public class UDPServer {
9 private DatagramSocket socket = null;
10 private int port = 8888;
11 private DatagramPacket receivePacket;
12
13 public UDPServer() throws IOException {
14 System.out.println("伺服器啟動監聽在" + port + "埠...");
15 }
16
17 public void Service() throws IOException {
18 try {
19 socket = new DatagramSocket(port);
20 System.out.println("伺服器建立成功，埠號：" + socket.getLocalPort());
21
22 while (true) {
23
24 //伺服器接收資料
25 String msg=null;
26 receivePacket = udpReceive();
27 InetAddress ipR = receivePacket.getAddress();
28 int portR = receivePacket.getPort();
29 msg = new String(receivePacket.getData(), 0, receivePacket.getLength(), "utf-8");
30
31 // System.out.println("收到："+receivePacket.getSocketAddress()+"內容："+msg);
32
33 if (msg.equalsIgnoreCase("bye")) {
34 udpSend("來自伺服器訊息：伺服器斷開連線，結束服務！",ipR,portR);
35 System.out.println(receivePacket.getSocketAddress()+"的客戶端離開。");
36 continue;
37 }
38 System.out.println("建立連線："+receivePacket.getSocketAddress());
39
40 String now = new Date().toString();
41 String hello = "From 伺服器：&" + now + "&" + msg;
42 udpSend(hello,ipR,portR);
43
44 }
45 } catch (IOException e) {
46 e.printStackTrace();
47 }
48 }
49
50 public DatagramPacket udpReceive() throws IOException {
51 DatagramPacket receive;
52 byte[] dataR = new byte[1024];
53 receive = new DatagramPacket(dataR, dataR.length);
54 socket.receive(receive);
55 return receive;
56 }
57
58 public void udpSend(String msg,InetAddress ipRemote,int portRemote) throws IOException {
59 DatagramPacket sendPacket;
60 byte[] dataSend = msg.getBytes();
61 sendPacket = new DatagramPacket(dataSend,dataSend.length,ipRemote,portRemote);
62 socket.send(sendPacket);
63 }
64
65 public static void main(String[] args) throws IOException {
66 new UDPServer().Service();
67 }
68 }
View Code
客戶端：
1 //UDPClient.java
2
3 import java.io.IOException;
4 import java.net.DatagramPacket;
5 import java.net.DatagramSocket;
6 import java.net.InetAddress;
7
8 public class UDPClient {
9 private int remotePort;
10 private InetAddress remoteIP;
11 private DatagramSocket socket;
12 //用於接收資料的報文位元組陣列快取最最大容量，位元組為單位
13 private static final int MAX_PACKET_SIZE=512;
14
15 public UDPClient(String remoteIP,String remotePort) throws IOException{
16 this.remoteIP=InetAddress.getByName(remoteIP);
17 this.remotePort=Integer.parseInt(remotePort);
18 //建立UDP套接字，系統隨機選定一個未使用的UDP埠繫結
19 socket=new DatagramSocket();
20
21 }
22
23 //定義一個數據的傳送方法
24 public void send(String msg){
25 try {
26 //將待發送的字串轉為位元組陣列
27 byte[] outData=msg.getBytes("utf-8");
28 //構建用於傳送的資料報文，構造方法中傳入遠端通訊方（伺服器）的ip地址和埠
29 DatagramPacket outPacket=new DatagramPacket(outData,outData.length,remoteIP,remotePort);
30 //給UDP傳送資料報
31 socket.send(outPacket);
32 }catch (IOException e){
33 e.printStackTrace();
34 }
35 }
36
37 public String receive(){
38 String msg;
39 //準備空的資料報文
40 DatagramPacket inPacket=new DatagramPacket(new byte[MAX_PACKET_SIZE],MAX_PACKET_SIZE);
41 try {
42 //讀取報文，阻塞語句，有資料就裝包在inPacket報文中，以裝完或裝滿為止
43 socket.receive(inPacket);
44 //將接收到的位元組陣列轉為對應的字串
45 msg=new String(inPacket.getData(),0,inPacket.getLength(),"utf-8");
46 } catch (IOException e) {
47 e.printStackTrace();
48 msg=null;
49 }
50 return msg;
51 }
52
53 public void close(){
54 if (socket!=null)
55 socket.close();
56 }
57 }
View Code
五、效果展示
這裡的終端列印“建立連線”應該是 “通訊成功”，UDP是無連線協議。
六、總結
這一篇詳細記錄學習運用java進行網路程式設計，基於UDP套接字(Socket)實現伺服器與客戶端間的通訊，在實戰案例中更深刻理解UDP的實現原理，掌握UDP實踐應用步驟。
起初完成UDP通訊時，遇到了幾個問題，相比較TCP的實現，確實體會到資料傳輸的過程的不同，UDP服務和客戶端共用了一個DatagramSocket，另外需要DatagramPacket資料報的協作。另外，UDP沒有資料流的概念，所以讀寫不同於TCP，需要以位元組資料進行讀取。
接下來將繼續探索網路程式設計，基於TCP的Socket程式設計更加有趣！一起學習期待！
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