UDP socket

康kang

于 2025-04-08 09:30:00 发布

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分类专栏：网络文章标签： udp 网络网络协议

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封装和分用是网络数据传输过程中不可或缺的流程。

操作系统提供的api：TCP api，UDP api

操作系统提供进行网络编程的api也叫”socket api“”网络编程套接字“

UDP socket api的使用

核心的类：

1.DatagramSocket

该类是UDP Socket用于发送和接收UDP数据报

负责对socket文件读写，借助网卡发送接收数据。

操作系统中有一类文件，叫做socket文件，抽象表示了”网卡“这样的硬件设备。

进行网络通信最核心的硬件设备：网卡；

通过网卡发送数据，就是写socket文件；通过网卡接收数据，就是读socket文件。

DatagramSocket()：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（客户端）

DatagramSocket(int port)：创建一个UDP数据报套接字的Socket，绑定到指定端口（服务器）

2.DatagramPacket

该类是UDP Socket发送和接收的数据报

UDP面向数据报，每次发送接收数据的基本单位，就是一个UDP数据报。

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（第一个参数）接收指定长度（第二个参数）

DatagramPacket(byte[ ] buf, int offest, int length, SocketAddress address)：SocketAddress address => 目的主机的IP和端口号。

构造UDP发送的数据报时，需要传入SocketAddress可以用InetSocketAddress来创建。

InetSocketAddress(SocketAddress的子类)

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

DatagramSocket方法：

void receive(DatagramPacket p)：从此套接字，接收数据包（没有接收到，阻塞等待）

void send(DatagramPacket p)：从此套接字，发送数据包（不会阻塞等待，直接发送）

DatagramPacket方法：

InetAddress getAddress()：从接收的数据报中，获取发送端主机IP地址。/ 从发送的数据报中，获取接收端主机IP地址。

int getPort()：从接收的数据报中，获取发送端主机端口号。/ 从发送的数据报中，获取接收端主机端口号。

byte[] getDate()：获取数据报中的数据。

回显服务器

网络编程中，最简单的程序 => 网络编程中的hello world。

客户端发什么请求服务器返回什么响应（没有什么业务逻辑）

1.socket api的使用

2.典型的服务器客户端的基本工作流程

服务器代码实现

代码：

public class UdpEchoServer {
    private DatagramSocket socket = null;
    //第一步：创建DatagramSocket对象
    public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {
        socket = new DatagramSocket(port);
    }
    //服务器的启动逻辑
    public void start() throws IOException {
        System.out.println("服务器启动！");
        //每次循环，就是处理一个请求响应的过程
        while(true){
            //1.读取请求并解析
            DatagramPacket requsetPacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);
            socket.receive(requsetPacket);
            //读取到的字节数组，转换成String方便后续的逻辑处理
            String request = new String(requsetPacket.getData(),0, requsetPacket.getLength());
            //2.根据请求计算响应（对于回显服务器，这一步什么都不用做）
            String response = process(request);
            //3.把响应返回到客户端，构造一个DatagramPacket作为响应对象
            DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(),
                    response.getBytes().length,requsetPacket.getSocketAddress());
            socket.send(responsePacket);
            //打印日志
            System.out.printf("[%s: %d] req:%s,resp:%s\n",
                    requsetPacket.getAddress().toString(),
                    requsetPacket.getPort(),
                    request,
                    response);
        }
    }
    public String process(String request) {
        return request;
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        UdpEchoServer server = new UdpEchoServer(9090);
        server.start();
    }
}

分析：

创建对象的时候手动指定一个端口号（在运行一个服务器程序的时候，通常会手动指定端口）

接下来就要操作网卡，操作网卡都是通过socket对象来完成的。这个程序一旦启动就需要关联上/绑定上一个操作系统的端口号 => 是一个整数，用来区分一个主机上进行网络通信的程序（1024< port<65534）

一个主机上的一个端口号，只能被一个进程绑定。

一个端口已经被金册灰姑娘1绑定了，进程2也想绑定，就会失败，除非1释放这个端口。

一个进程可以绑定多个端口号。

端口号的socket对象是一一对应的，如果一个进程中多个socket对象就能绑定多个端口。

SocketExpection：网络编程中常见的异常，通常表示socket创建失败。（比如：端口号已经被别的进程占用了）

对于服务器来说，需要不断的接受请求，返回响应，接受请求，返回响应......一个服务器往往是7*24小时运行的，要持续不断运行下去，这里的while true没有退出的必要。如果想重启服务器，可以直接杀进程。

通过这个字节数组保存收到的消息正文（应用层数据包） => 也就是UDP载荷部分

此处socket就从网卡中读取到一个UDP数据报，就能放到requestPacket对象中了。

其中UDP数据报的载荷部分就被放到了requestPacket内置的字节数组里了，另外报头也会被requestPacket的其他属性保存。除了UDP报头之外，其他信息，比如收到的数据源IP是啥。

通过requestPacket还能知道数据从哪里来的（源IP，源端口）

如果执行到receive，还没有客户端发请求（阻塞等待）

requsetPacket.getData() => 对应 new byte[4096]

0 => 从字节数组为0位置开始构造String

requsetPacket.getLength() => 获取到字节数组中有效数据的长度，用来构造String

基于字节数组构造出string，字节数组中保存的内容可能为二进制数据/文本数据，把文本数据交给String保存恰到好处，就算是二进制数据，Java的string也能保存。

此处是回显服务器，只是单纯的retrun。

requsetPacket => 客户端来的数据报
requsetPacket.getSocketAddress() => 得到InetAddress对象 => 包括ip和端口和服务器对端的ip和端口。

把请求的源IP和源端口，作为响应的目的IP和目的端口，就可以做到把消息返回给客户端了。

总结：

上述代码中，可以看到UDP是无连接的通信。

UDP socket自身不保存对端的IP和端口，而是在每个数据报中有一个。另外代码也没有“建立连接”“接受连接”操作。

面向数据报：send和receive都是通过Datagram Packet为单位

全双工：一个socket既可以发送也可以接收