Java网络通信实践：UDP协议下的套接字编程指南

网络通信基础

在网络应用开发中，主要涉及两个关键角色：请求方（客户端）和服务提供方（服务器）。请求方向服务端发起操作指令，服务端接收并处理这些指令后，将处理结果返回给请求方。
开发人员通常关注应用层和传输层的实现。我们编写的程序属于应用层范畴，需要借助传输层提供的接口完成数据传输。Java语言为开发者提供了两套网络通信接口：基于UDP协议的和基于TCP协议的。本文将重点探讨UDP协议下的数据报套接字编程技术。
Socket套接字是操作系统提供的网络通信技术，作为TCP/IP协议网络通信的基础单元。基于Socket的网络应用开发就是我们常说的网络编程。

UDP数据报通信

数据报套接字(DatagramSocket)

DatagramSocket的主要作用是确定通信端点位置，负责数据报的收发操作。
创建方法：
方法名称 | 功能说明
-------|--------
DatagramSocket() | 自动分配可用端口
DatagramSocket(int port) | 手动指定特定端口
数据收发方法：
方法名称 | 功能说明
-------|--------
send(DatagramPacket p) | 发送数据报文
receive(DatagramPacket p) | 接收数据报文（参数会被方法内部修改）
关于输出型参数：
这类参数在方法执行过程中会被修改，且修改结果会反映到方法外部的实际参数上。
资源释放方法：
方法名称 | 功能说明
-------|--------
close() | 释放套接字资源
重要提示：网络编程使用的Socket与文件、内存等资源一样，都需要及时释放。

数据报文(DatagramPacket)

DatagramPacket即传输的数据单元，包含实际传输内容。
创建方法：

字节数组用于存储数据内容（属于输出型参数）
offset参数指定数据起始位置
length参数确定数据长度
address参数包含目标地址信息（SocketAddress包含完整地址，InetAddress仅含IP，port为端口号）
常用方法：
方法名称 | 功能说明 | 返回类型
-------|--------|--------
getAddress() | 获取IP地址 | InetAddress
getPort() | 获取端口号 | int
getSocketAddress() | 获取完整地址 | SocketAddress
getData() | 获取数据内容 | byte[]
getLength() | 获取数据长度 | int

套接字地址(InetSocketAddress)

创建方法：
方法名称 | 功能说明
-------|--------
InetSocketAddress(InetAddress addr, int port) | 创建包含IP和端口的地址对象
实用方法：
方法名称 | 功能说明 | 备注
-------|--------|--------
getByName(String host) | 主机名转IP地址 | 静态方法
该方法作用：
人类可读的IP地址格式（如"xxx.xxx.xxx.xxx"）需要转换为机器可识别的二进制格式，此方法完成这一转换。

实现回声服务器

回声服务器的功能是将接收到的数据原样返回。下面演示如何构建这样的服务器。
首先创建服务器类UdpEchoServer，定义核心字段DatagramSocket：

private DatagramSocket socket;
// 指定服务端口
public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {
socket = new DatagramSocket(port);
}

固定端口号确保客户端能够准确定位服务位置。

服务启动流程

服务器需要持续运行，使用无限循环处理请求：
创建接收缓冲区：

// 准备接收缓冲区
DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);

接收客户端数据：

// 等待客户端请求
socket.receive(requestPacket);

若无数据到达，程序会在此处阻塞等待。
数据处理逻辑：

// 解析请求内容
String request = new String(requestPacket.getData(), 0, requestPacket.getLength());
// 生成响应内容
String response = process(request);

// 核心业务处理
private String process(String request) {
return request;
}

构建并发送响应：

// 准备响应报文
DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(),
response.getBytes().length, requestPacket.getSocketAddress());
// 发送响应
socket.send(responsePacket);

注意：UDP协议不保存通信对端信息，因此需要从请求报文中获取客户端地址。
记录操作日志：

// 输出处理日志
System.out.printf("[%s : %d] 请求: %s 响应: %sn",
requestPacket.getAddress().toString(),
requestPacket.getPort(),request,response);

完整实现

import java.io.IOException;
import java.net.*;
public class UdpEchoServer {
private DatagramSocket socket;
public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {
socket = new DatagramSocket(port);
}
public void start() throws IOException {
System.out.println("服务启动中...");
while(true) {
DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);
socket.receive(requestPacket);
String request = new String(requestPacket.getData(), 0, requestPacket.getLength());
String response = process(request);
DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(),
response.getBytes().length, requestPacket.getSocketAddress());
socket.send(responsePacket);
System.out.printf("[%s : %d] 请求: %s 响应: %sn",
requestPacket.getAddress().toString(),
requestPacket.getPort(),request,response);
}
}
private String process(String request) {
return request;
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
UdpEchoServer server = new UdpEchoServer(9090);
server.start();
}
}

客户端实现

客户端需要预先知道服务端地址信息：

private DatagramSocket socket;
private String serverIP;
private int serverPort;

初始化配置：

public UdpEchoClient(String serverIP, int serverPort) throws SocketException {
this.serverPort = serverPort;
this.serverIP = serverIP;
socket = new DatagramSocket(); // 自动分配客户端端口
}

客户端工作流程

接收用户输入并发送请求：

// 准备请求报文
DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(),
request.getBytes().length, InetAddress.getByName(serverIP),serverPort);
// 发送请求
socket.send(requestPacket);

接收服务端响应：

// 准备接收缓冲区
DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);
socket.receive(responsePacket);

显示处理结果：

// 显示响应内容
String response = new String(responsePacket.getData(),0,responsePacket.getLength());
System.out.println("收到响应：" + response);

完整实现

import java.io.IOException;
import java.net.*;
import java.util.Scanner;
public class UdpEchoClient {
private DatagramSocket socket;
private String serverIP;
private int serverPort;
public UdpEchoClient(String serverIP, int serverPort) throws SocketException {
this.serverPort = serverPort;
this.serverIP = serverIP;
socket = new DatagramSocket();
}
public void start() throws IOException {
System.out.println("客户端就绪...");
Scanner scan = new Scanner(System.in);
while(true) {
System.out.println("请输入请求内容：");
String request = scan.nextLine();
DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(),
request.getBytes().length, InetAddress.getByName(serverIP),serverPort);
socket.send(requestPacket);
DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);
socket.receive(responsePacket);
String response = new String(responsePacket.getData(),0,responsePacket.getLength());
System.out.println("收到响应：" + response);
}
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
UdpEchoClient client = new UdpEchoClient("127.0.0.1",9090);
client.start();
}
}

演示效果：