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Java UDP通信详解（附带实例）

UDP 是一种无连接的网络通信机制，更像邮件或短信息通信方式。

和基于 TCP 协议的通信不同，基于 UDP 协议的信息传递更快，但不提供可靠性保证。也就是说，数据在传输时，用户无法知道数据能否正确到达目的地主机，也不能确定数据到达目的地的顺序是否和发送的顺序相同。

UDP 通信好比邮递信件。发信人不能确定所发的信件一定能够到达目的地，也不能确定信件到达的顺序是发出时的顺序，可能因为某种原因导致后发出的信件先到达。另外，也不能确定对方收到信就一定会回信。

尽管 UDP 是一种不可靠的通信协议，但由于其有较快的传输速度，在应用能容忍小错误的情况下，可以考虑使用 UDP 通信机制。例如在视频广播中，即使丢了几个信息帧，也不影响整体效果，并且速度够快。

Java 通过两个类实现 UDP 协议顶层的数据报：
采用 UDP 通信机制，在发送信息时，首先将数据打包，然后将打包好的数据（数据包）发往目的地。在接收信息时，首先接收发来的数据包，然后查看数据包中的内容。

Java DatagramPacket类

要发送或接收数据报，需要用 DatagramPacket 类将数据打包，即用 DatagramPacket 类创建一个对象，称为数据包。

1) DatagramPacket类的构造方法

DatagramPacket(byte[] buf，int length)：构造数据包对象，用来接收长度为length的数据包。
DatagramPacket(byte[] buf，int length，InetAddress address，int port)：构造数据报包，用来将长度为 length 的包发送到指定主机上的指定端口号。
DatagramPacket(byte[] buf，int offset，int length)：构造数据报包对象，用来接收长度为length的包，在缓冲区中指定了偏移量。
DatagramPacket(byte[] buf, int offset, int length, InetAddress address, int port)：构造数据报包，用来将长度为 length，偏移量为 offset 的包，发送到指定主机上的指定端口号。
DatagramPacket(byte[] buf, int offset, int length, SocketAddress address)：构造数据报包，用来将长度为 length，偏移量为 offset 的包，发送到指定主机上的指定端口号。
DatagramPacket(byte[] buf，int length，SocketAddress address)：构造数据报包，用来将长度为 length的包，发送到指定主机上的指定端口号。
其中，buf 保存传入数据报的缓冲区，length 为要读取的字节数，address 为数据报要发送的目的套接字地址。port 为数据包的目标端口号。length 参数必须小于等于 buf.length。

2) DatagramPacket 类的常用方法

方法 描述
InetAddress getAddress() 返回某台机器的IP地址。
byte[] getData() 返回数据缓冲区。
int getLength() 返回将要发送或接收到的数据的长度。
int getOffset() 返回将要发送或接收到的数据的偏移量。
int getPort() 返回某台远程主机的端口号。
SocketAddress getSocketAddress() 获取要将此包发送到或发出此数据报的远程主机的 SocketAddress（通常为 IP 地址+端口号）。
void setAddress(InetAddress iaddr) 设置要将此数据报发往的那台机器的IP地址。
void setData(byte[] buf) 为此包设置数据缓冲区。
void setData(byte[] buf, int offset, int length) 为此包设置数据缓冲区。
void setLength(int length) 为此包设置长度。
void setPort(int iport) 设置要将此数据报发往的远程主机上的端口号。
void setSocketAddress(SocketAddress address) 设置要将此数据报发往的远程主机的 SocketAddress（通常为 IP 地址+端口号）。

Java DatagramSocket类

DatagramSocket 类是用来发送和接收数据报包的套接字，负责将打包的数据包发送到目的地，或从目的地接收数据包。

1) DatagramSocket 类的构造方法

DatagramSocket()：构造数据报套接字并将其绑定到本地主机上任何可用的端口。
DatagramSocket(int port)：创建数据报套接字并将其绑定到本地主机上的指定端口。
DatagramSocket(int port，InetAddress laddr)：创建数据报套接字，将其绑定到指定的本地地址。
DatagramSocket(SocketAddress bindaddr)：创建数据报套接字，将其绑定到指定的本地套接字地址。

2) DatagramSocket类的常用方法

方法 描述
void bind(SocketAddress addr) 将此 DatagramSocket 绑定到特定的地址和端口。
void close() 关闭此数据报套接字。
void connect(InetAddress address, int port) 将套接字连接到此套接字的远程地址。
void connect(SocketAddress addr) 将此套接字连接到远程套接字地址（IP 地址+端口号）。
void disconnect() 断开套接字的连接。
InetAddress getInetAddress() 返回此套接字连接的地址。
InetAddress getLocalAddress() 获取套接字绑定的本地地址。
int getLocalPort() 返回此套接字绑定的本地主机上的端口号。
SocketAddress getLocalSocketAddress() 返回此套接字绑定的端点的地址，如果尚未绑定则返回null。
SocketAddress getRemoteSocketAddress() 返回此套接字连接的端点的地址，如果未连接则返回null。
void receive(DatagramPacket p) 从此套接字接收数据报包。
void send(DatagramPacket p) 从此套接字发送数据包。

例如，将“你好”这两个汉字封装成数据包，发送到目的主机“192.168.0.107”，端口 2018 上，完成此任务的核心代码如下： 
byte buff[] = "你好".getBytes();
InetAddress destAddress = InetAddress.getByName("192.168.0.107");
DatagramPacket dataPacket = new DatagramPacket(buff, buff.length, destAddress, 2018);
DatagramSocket sendSocket = new DatagramSocket();
sendSocket.send(dataPacket);

再如，接收发到本机 2016 号端口的数据包，完成此任务的核心代码如下： 
byte buff[] = new byte[8192];
DatagramPacket receivePacket = new DatagramPacket(buff, buff.length);
DatagramSocket receiveSocket = new DatagramSocket(2016);
receiveSocket.receive(receivePacket);
int length = receivePacket.getLength();
String message = new String(receivePacket.getData(), 0, length);
System.out.println(message);

Java UDP通信实例

下面通过一个案例介绍 DatagramPacket 类和 DatagramSocket 类的用法。

【实例】设计点对点的快速通信系统，实现局域网内两台主机之间的通信和聊天功能。本系统属于互为服务器和客户机的网络应用系统，采用 UDP 数据报编程技术可以实现快速的点对点通信。聊天界面采用 Swing 组件来实现。以主机 1 和主机 2 表示两台主机。

1) 主机1的设计

主机 1 向对方 2012 端口发送信息，并在自己的 2016 号端口接收来自对方的信息。主机 1 的代码如下： 
import java.awt.*;
import java.awt.event.*;
import javax.swing.*;

public class UDPHostOne extends JFrame implements Runnable, ActionListener {
    JTextField sentMsg = new JTextField(20);
    JTextArea receivedMsg = new JTextArea();
    JButton send = new JButton("发送");

    /**
     * 构造方法，建立通信主界面
     */
    UDPHostOne() {
        setTitle("主机1"); // 设置窗口标题
        setSize(400, 500); // 设置窗口大小
        setVisible(true); // 显示主窗口
        Container container = this.getContentPane(); // 获取JFrame的内容面板
        container.setLayout(new BorderLayout()); // 设置布局方式为BorderLayout
        // 创建用于存放聊天记录的滚动面板
        JScrollPane centerPanel = new JScrollPane();
        receivedMsg = new JTextArea(); // 创建存放聊天内容的多行文本输入区对象
        centerPanel.setViewportView(receivedMsg); // 将文本区放入滚动面板
        container.add(centerPanel, BorderLayout.CENTER); // 将滚动面板放到窗口中央
        receivedMsg.setEditable(false); // 将文本区置为不可编辑状态
        // 创建底部面板对象，存放聊天标签、聊天栏、发送按钮
        JPanel bottomPanel = new JPanel(new FlowLayout(FlowLayout.LEFT));
        sentMsg = new JTextField(20); // 创建文本输入行对象，存放每次的聊天内容
        send = new JButton("发送"); // 创建按钮对象
        bottomPanel.add(new JLabel("信息")); // 将标签添加到底部面板
        bottomPanel.add(sentMsg); // 把聊天内容栏添加到底部面板
        bottomPanel.add(send); // 把“发送”按钮添加到底部面板
        container.add(bottomPanel, BorderLayout.SOUTH); // 将底部面板放在窗口底部
        send.addActionListener(this); // 注册“发送”按钮的动作事件
        sentMsg.addActionListener(this); // 注册聊天栏的动作事件
        Thread thread = new Thread(this);
        thread.start(); // 线程负责接收数据
        this.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
    }

    /**
     * 单击按钮发送数据包，或者在文本输入框里按回车键发送文本
     */
    public void actionPerformed(ActionEvent event) {
        // 获取图形界面上文本框中输入的信息，将文本前后的空格过滤掉
        byte buffer[] = sentMsg.getText().trim().getBytes();
        try {
            // 设置信息发送的目的地地址为127.0.0.1
            InetAddress destAddress = InetAddress.getByName("127.0.0.0.1");
            // 将数据封装到数据报，指定发送目的地的端口号
            DatagramPacket dataPacket = new DatagramPacket(buffer, buffer.length, destAddress, 2012);
            // 创建数据报套接字
            DatagramSocket sendSocket = new DatagramSocket();
            receivedMsg.append("========== 本地消息 ==========\n");
            receivedMsg.append("数据报目标主机地址:" + dataPacket.getAddress() + "\n");
            receivedMsg.append("数据报目标端口是:" + dataPacket.getPort() + "\n");
            receivedMsg.append("数据报长度:" + dataPacket.getLength() + "\n");
            // 向异地发送数据报
            sendSocket.send(dataPacket);
            sentMsg.setText("");
        } catch (Exception e) {
        }
    }

    /**
     * 使用线程机制，接收来自异地的数据报
     */
    public void run() {
        DatagramSocket receiveSocket = null; // 定义数据报套接字
        DatagramPacket receivePacket = null; // 定义数据报对象
        byte buff[] = new byte[8192]; // 设置数据包最大字节数
        try {
            // 创建数据报对象，指定数据存储空间和数据长度
            receivePacket = new DatagramPacket(buff, buff.length);
            // 创建数据报套接字对象，接收信息端口号为2016
            receiveSocket = new DatagramSocket(2016);
        } catch (Exception e) {
        }
        while (true) {
            // 如果套接字为空，则跳出死循环
            if (receiveSocket == null)
                break;
            else {
                // 否则，接收来自异地的数据
                try {
                    receiveSocket.receive(receivePacket); // 接收数据
                    int length = receivePacket.getLength(); // 获取数据长度
                    // 获取异地主机的 IP 地址
                    InetAddress address = receivePacket.getAddress();
                    int port = receivePacket.getPort(); // 获取异地主机的端口号
                    // 将获取的异地发来的数据转为字符串
                    String message = new String(receivePacket.getData(), 0, length);
                    receivedMsg.append("========== 异地消息 ==========\n");
                    receivedMsg.append("收到数据长度:" + length + "\n");
                    receivedMsg.append("收到数据来自:" + address + "端口:" + port + "\n");
                    receivedMsg.append("收到数据是:" + message + "\n");
                } catch (Exception e) {
                }
            }
        }
    }

    public static void main(String args[]) {
        new UDPHostOne();
    }
}
程序运行结果如下图所示：


图 1 主机1的运行结果

2) 主机2的设计

主机 2 向对方 2016 端口发送信息，并在自己的 2012 号端口接收来自对方的信息。主机 2 的代码如下： 
import java.net.*;
import java.awt.*;
import java.awt.event.*;
import javax.swing.*;

public class UDPHostTwo extends JFrame implements Runnable, ActionListener {
    private static final long serialVersionUID = 5719473920833381308L;
    JTextField sentMsg = new JTextField(20);
   JTextArea receivedMsg = new JTextArea();
   JButton send = new JButton("发送 ");

    /**
    * 构造方法，建立通信主界面
    */
    UDPHostTwo() {
        setTitle("主机 2"); // 设置窗口标题
        setSize(400, 300); // 设置窗口大小
        setVisible(true); // 显示主窗口
        Container container = this.getContentPane(); // 获取JFrame的内容面板
        container.setLayout(new BorderLayout()); // 设置布局方式为BorderLayout
        // 创建用于存放聊天记录的滚动面板
        JScrollPane centerPanel = new JScrollPane();
        receivedMsg = new JTextArea(); // 创建存放聊天内容的多行文本输入区对象
        centerPanel.setViewportView(receivedMsg); // 将文本区放入滚动面板
        container.add(centerPanel, BorderLayout.CENTER); // 将滚动面板放到窗口中央
        receivedMsg.setEditable(false); // 将文本区置为不可编辑状态
        // 创建底部面板对象，存放聊天标签、聊天栏、发送按钮
        JPanel bottomPanel = new JPanel(new FlowLayout(FlowLayout.LEFT));
        sentMsg = new JTextField(20); // 创建文本输入行对象，存放每次的聊天内容
        send = new JButton("发送"); // 创建按钮对象
        bottomPanel.add(new JLabel("信息")); // 将标签添加到底部面板
        bottomPanel.add(sentMsg); // 把聊天内容栏添加到底部面板
        bottomPanel.add(send); // 把“发送”按钮添加到底部面板
        container.add(bottomPanel, BorderLayout.SOUTH); // 将底部面板放在窗口底部
        send.addActionListener(this); // 注册“发送”按钮的动作事件
        sentMsg.addActionListener(this); // 注册聊天栏的动作事件
        Thread thread = new Thread(this);
        thread.start(); // 线程负责接收数据包
        this.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
    }

    /**
     * 单击按钮发送数据包，或者在文本输入框里按回车键发送文本
     */
    public void actionPerformed(ActionEvent event) {
        // 获取图形界面上文本框中输入的信息，将文本前后的空格过滤掉
        byte buffer[] = sentMsg.getText().trim().getBytes();
        try {
            // 设置信息发送的目的地地址为127.0.0.1
            InetAddress destAddress = InetAddress.getByName("127.0.0.0.1");
            // 将数据封装到数据报，指定发送目的地的端口号
            DatagramPacket dataPacket = new DatagramPacket(buffer, buffer.length, destAddress, 2016);
            // 创建数据报套接字
            DatagramSocket sendSocket = new DatagramSocket();
            receivedMsg.append("========== 本地消息 ==========\n");
            receivedMsg.append("数据报目标主机地址:" + dataPacket.getAddress() + "\n");
            receivedMsg.append("数据报目标端口是:" + dataPacket.getPort() + "\n");
            receivedMsg.append("数据报长度:" + dataPacket.getLength() + "\n");
            // 向异地发送数据报
            sendSocket.send(dataPacket);
            sentMsg.setText("");
        } catch (Exception e) {
        }
    }

    /**
     * 使用线程机制，接收来自异地的数据报
     */
    public void run() {
        DatagramSocket receiveSocket = null; // 定义数据报套接字
        DatagramPacket receivePacket = null; // 定义数据报对象
        byte buff[] = new byte[8192]; // 设置数据包最大字节数
        try {
            // 创建数据报对象，指定数据存储空间和数据长度
            receivePacket = new DatagramPacket(buff, buff.length);
            // 创建数据报套接字对象，接收信息端口号为2012
            receiveSocket = new DatagramSocket(2012);
        } catch (Exception e) {
        }
        while (true) {
            // 如果套接字为空，则跳出死循环
            if (receiveSocket == null)
                break;
            else {
                // 否则，接收来自异地的数据
                try {
                    receiveSocket.receive(receivePacket); // 接收数据
                    int length = receivePacket.getLength(); // 获取数据长度
                    // 获取异地主机的 IP 地址
                    InetAddress address = receivePacket.getAddress();
                    int port = receivePacket.getPort(); // 获取异地主机的端口号
                    // 将获取的异地发来的数据转为字符串
                    String message = new String(receivePacket.getData(), 0, length);
                    receivedMsg.append("========== 异地消息 ==========\n");
                    receivedMsg.append("收到数据长度:" + length + "\n");
                    receivedMsg.append("收到数据来自:" + address + "端口:" + port + "\n");
                    receivedMsg.append("收到数据是:" + message + "\n");
                } catch (Exception e) {
                }
            }
        }
    }

    public static void main(String args[]) {
        new UDPHostTwo();
    }
}
程序运行结果如下图所示：


图 2 主机 2 的运行结果

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