UDP協議網路Socket程式設計(java實現C/S通訊案例)

Charzueus 發表於 2020-10-16

我的部落格園:https://www.cnblogs.com/chenzhenhong/p/13825286.html

 

我的CSDN部落格:https://blog.csdn.net/Charzous/article/details/109016215

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(使用者資料包協議),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。

  1. 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。

  2. 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;

  3. 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;

  4. 基於使用者資料包文(包)讀寫;

  5. 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(資料包類),MulticastSocket(組播)。本篇主要使用前兩個。

1、建立客戶端

第一步,例項化一個資料包套接字,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資料包,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:

//定義一個資料的傳送方法
public void send(String msg){
    try {
        //將待傳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包文,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傳送資料包
        socket.send(outPacket);
    }catch (IOException e){
            e.printStackTrace();
     }
}

 DatagramPacket接收資料的方法:

public String receive(){
    String msg;
    //準備空的資料包文
    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,這就是資料包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。

UDP協議網路Socket程式設計(java實現C/S通訊案例)
  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。

UDP協議網路Socket程式設計(java實現C/S通訊案例)

成功連線後:

UDP協議網路Socket程式設計(java實現C/S通訊案例)

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資料包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,封裝成資料包進行傳輸,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:

UDP協議網路Socket程式設計(java實現C/S通訊案例)
 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:

UDP協議網路Socket程式設計(java實現C/S通訊案例)
 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     //定義一個資料的傳送方法
24     public void send(String msg){
25         try {
26             //將待傳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包文,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傳送資料包
31             socket.send(outPacket);
32         }catch (IOException e){
33             e.printStackTrace();
34         }
35     }
36  
37     public String receive(){
38         String msg;
39         //準備空的資料包文
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。

UDP協議網路Socket程式設計(java實現C/S通訊案例)

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資料包的協作。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!


我的部落格園:https://www.cnblogs.com/chenzhenhong/p/13825286.html

我的CSDN部落格:https://blog.csdn.net/Charzous/article/details/109016215