netty系列之:使用UDP協議

flydean發表於2021-08-14
NettyUDP協議

目錄

簡介

在之前的系列文章中，我們到了使用netty做聊天伺服器，聊天伺服器使用的SocketChannel，也就是說底層的協議使用的是Scoket。今天我們將會給大家介紹如何在netty中使用UDP協議。

UDP協議

UDP（ User Datagram Protocol )，也叫使用者資料包協議。

UDP 的主要功能和亮點並不在於它引入了什麼特性，而在於它忽略的那些特性：不保證訊息交付，不保證交付順序，不跟蹤連線狀態，不需要擁塞控制。

我們來看一下UDP的資料包：

UDP是一種無連線的協議，傳送者只管傳送資料包即可，並不負責處理和保證資料是否成功傳送，資料是否被處理完成等。它的唯一作用就是傳送。

在JDK中表示UDP的有一個專門的類叫做：java.net.DatagramPacket,在NIO中還有一個java.nio.channels.DatagramChannel,專門負責處理UDP的channel。

這裡我們要將的是netty，netty中對於UDP協議也有上面的兩個類，名字雖然是一樣的，但是對應的包不同。他們分別是：

io.netty.channel.socket.DatagramPacket 和 io.netty.channel.socket.DatagramChannel，當然netty中的這兩個類是對JDK自帶類的增強。

先看一下netty中DatagramPacket的定義：

public class DatagramPacket
        extends DefaultAddressedEnvelope<ByteBuf, InetSocketAddress> implements ByteBufHolder

DatagramPacket類實現了ByteBufHolder介面，表示它裡面存放的是ByteBuf。然後他又繼承自DefaultAddressedEnvelope，這個類是對地址的封裝，其中ByteBuf表示傳遞訊息的型別，InetSocketAddress表示目標的地址，它是一個IP地址+埠號的封裝。

從上面的UDP協議我們知道，UDP只需要知道目標地址和對應的訊息即可，所以DatagramPacket中包含的資料已經夠用了。

DatagramChannel是用來傳遞DatagramPacket的，因為DatagramChannel是一個介面，所以一般使用NioDatagramChannel作為真正使用的類。

String和ByteBuf的轉換

之前我們講到過，netty中的channel只接受ByteBuf資料型別，如果直接寫入String會報錯，之前的系列文章中，我們講過兩種處理方法，第一種是使用ObjectEncoder和ObjectDecoder在寫入ByteBuf之前，對物件進行序列化，這一種不僅適合String，也適合Object物件。

第二種是使用StringEncoder和StringDecoder專門處理String的encode和decode，這種處理只能處理String的轉換，對Object無效。

如果你不想使用這些encoder和decoder還可以直接使用ByteBuf和String進行轉換。

比如要將String寫入ByteBuf可以呼叫Unpooled.copiedBuffer的命令如下：

Unpooled.copiedBuffer("開始廣播", CharsetUtil.UTF_8)

將ByteBuf轉換成為String則可以呼叫：

byteBuf.toString(CharsetUtil.UTF_8)

構建DatagramPacket

DatagramPacket總共可以接受三個引數，分別是要傳送的資料data,要接收資料包的地址和要傳送資料包的地址。

這裡我們並不關心傳送資料包的地址，那麼只需要兩個引數即可，對於客戶端來說，我們傳送一個”開始廣播“的訊息給伺服器端，告訴伺服器端可以向客戶傳送回覆訊息了，如下所示：

new DatagramPacket(
                    Unpooled.copiedBuffer("開始廣播", CharsetUtil.UTF_8),
                    SocketUtils.socketAddress("255.255.255.255", PORT))

上我們使用SocketUtils.socketAddress建立了一個特殊的地址，255.255.255.255是一個特殊的廣播地址，意味著所有的主機，因為我們的客戶端並不知道伺服器的地址，所以使用255.255.255.255來廣播。

構建好的DatagramPacket，裡面有一個sender()方法，可以用來獲取客戶端的地址，所以在伺服器端可以這樣構建要傳送的packge：

new DatagramPacket(
                    Unpooled.copiedBuffer("廣播: " + nextQuote(), CharsetUtil.UTF_8), packet.sender())

啟動客戶端和伺服器

UDP的客戶端和伺服器啟動和socket稍微有所不同，如果是socket，那麼使用的channel是NioSocketChannel，如果是UDP，則使用的是NioDatagramChannel。如下是伺服器端啟動的程式碼：

EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
        try {
            Bootstrap b = new Bootstrap();
            b.group(group)
             .channel(NioDatagramChannel.class)
             .option(ChannelOption.SO_BROADCAST, true)
             .handler(new UDPServerHandler());

            b.bind(PORT).sync().channel().closeFuture().await();
        } finally {
            group.shutdownGracefully();
        }

注意，這裡我們需要設定ChannelOption.SO_BROADCAST為true，因為UDP是以廣播的形式傳送訊息的。

客戶端的實現和socket稍微有所不同，下面是客戶端的啟動實現：

 EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
        try {
            Bootstrap b = new Bootstrap();
            b.group(group)
             .channel(NioDatagramChannel.class)
             .option(ChannelOption.SO_BROADCAST, true)
             .handler(new UDPClientHandler());

            Channel ch = b.bind(0).sync().channel();

對於UDP來說，並不存在地址繫結一說，所以上Bootstrap呼叫bind(0)。

總結

本文講解了netty中UDP協議的實現，UDP相較於Socket連線而言更加簡單。

本文的例子可以參考：learn-netty4

本文已收錄於 http://www.flydean.com/11-netty-udp/

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