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🍉socket api

操作系統給我們提供的進行網絡編程的 api 稱為 socket api（網絡編程套接字），具體到傳輸層，有兩個重要的協議的 api —— UDP api 和 TCP api，本文我們介紹的是 UDP api

UDP 有四個特點：無連接、不可靠傳輸、面向數據報、全雙工。這在后文中會解釋

Java 對系統原生的 api 進行了封裝，UDP socket 有兩個核心的類

1. DatagramSocket

操作系統中有一類文件，叫作 socket 文件，它和我們之前所說的“文件”不太一樣，我們平時所說的普通文件、目錄文件位于硬盤上，而 socket 文件則是抽象表示了網卡這樣的硬件設備（網卡是網絡通信中的核心硬件設備），也就是把網卡等硬件視為一種文件。通過網卡發送數據就是寫 socket 文件；接收數據就是讀 socket 文件
說回 DatagramSocket，它負責讀寫 socket 文件，也就是借助網卡發送或接收數據

它有兩個構造方法：

構造方法	說明
DatagramSocket()	創建一個 UDP 數據報套接字的 Socket，綁定到本機任意一個隨機端口（一般用于客戶端）
DatagramSocket(int port)	創建一個 UDP 數據報套接字的 Socket，綁定到本機指定的端口，即 port（一般用于服務器）

負責發送和接收的方法如下：

方法	說明
void reveive(DatagramPacket p)	讓 p 接收數據報（如果沒接收到數據報，這個方法就會阻塞等待）（注意這里的參數是輸出型參數，實際上 DatagramPacket 內部包含了一個字節數組）
void send(DatagramPacket p)	從 p 發送數據報（直接發送出去，不會阻塞）

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2. DatagramPacket

DatagramPacket 表示一個 UDP 數據報。UDP 面向數據報，每次發送、接收數據的基本單位就是一個 UDP 數據報

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🍉回顯服務器

這是網絡編程中最簡單的程序，相當于 hello world，不過還是有一定的難度
服務器在接收客戶端的請求后會返回響應，具體返回什么響應，要根據實際的業務場景分析。對于回顯服務器，它沒有業務邏輯，客戶端發什么請求，服務器就返回什么響應

🍌實現

接下來我們通過 UDP 協議來實現一個回顯服務器

🥝服務器

首先要創建一個 DatagramSocket 對象，然后要通過這個 socket 對象來操作網卡

public class UdpEchoServer {DatagramSocket socket = null;public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {socket = new DatagramSocket(port); //在運行一個服務器程序時，通常會手動指定端口}
}

補充：這里的 SocketException 是網絡編程中一個常見的異常，通常表示 socket 創建失敗，比如端口號已經被別的進程占用了

接下來服務器主要做三件事

①讀取請求并解析
②根據請求計算響應。對于回顯服務器來說，這一步啥都不用做
③把響應返回到客戶端

要讀取請求得先創建一個 DatagramPacket 接收請求

DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[1024],1024);
socket.receive(requestPacket);
String request = new String(requestPacket.getData(),0,requestPacket.getLength());

使用字節數組構造字符串的方法一定要記住

調用 receive 涉及到緩沖區，下面通過圖示補充一下：

第二步是根據請求計算響應，雖然回顯服務器這一步不用做什么，不過為了邏輯完整，我們寫一個 process 方法，它只返回 request
（如果是具有特定業務的服務器，process 中就寫其他你想要的邏輯）

public String process(String request) {return request;
}

最后就是把響應返回給客戶端，這一步要用到 send 方法

//3.把響應返回到客戶端
//構造一個 DatagramPacket 作為響應對象
DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(),0,response.getBytes().length,requestPacket.getSocketAddress());
socket.send(responsePacket);

接下來在主方法中啟動服務器

服務器的代碼如下：

public class UdpEchoServer {DatagramSocket socket = null;public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {socket = new DatagramSocket(port);}//服務器的啟動邏輯public void start() throws IOException {System.out.println("服務器啟動");while(true) {//每次循環就是處理一個請求，然后返回響應的過程DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[1024],1024);//1.讀取請求并解析socket.receive(requestPacket);//填充字節數組后，將其轉為 String 方便后續處理邏輯//getData 方法獲取到 DatagramPacket 內部的字節數組String request = new String(requestPacket.getData(),0,requestPacket.getLength());//2.根據請求計算響應String response = process(request);//3.把響應返回到客戶端//構造一個 DatagramPacket 作為響應對象DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(),0,response.getBytes().length,requestPacket.getSocketAddress());socket.send(responsePacket);//打印日志System.out.printf("[%s:%d] req:%s, resp:%s\n",requestPacket.getAddress().toString(),requestPacket.getPort(),request,response);}}public String process(String request) {return request;}public static void main(String[] args) throws IOException {UdpEchoServer server = new UdpEchoServer(7000);server.start();}
}

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🥝客戶端

接下來編寫客戶端的代碼
首先要創建 socket 對象，注意客戶端這里不需要手動指定端口號

1.在代碼中手動指定端口號，可以保證端口號始終固定；如果不手動指定，那就是系統自動分配，這樣的話服務器每次重啟之后端口號可能就變了，一旦變了，客戶端就可能找不到服務器在哪兒了，所以服務器需要手動指定
2.而對于客戶端，因為無法確保手動指定的端口是可用的（可能被其他進程占用了），這就可能導致程序因為端口綁定失敗而無法啟動，所以讓系統隨機分配一個空閑的端口就 ok 了

接下來客戶端要做四件事

1.從控制臺讀取要發送的請求數據
2.構造請求并發送
3.讀取服務器的響應
4.把響應顯示到控制臺上

第一步就是先創建一個 Scanner 對象來讀取字符串
這里補充一點，使用 Scanner 從控制臺讀取字符串的話最好使用 next，因為如果用 nextLine 讀取需要手動輸入換行符 enter，但是 enter 鍵除了產生 \n 還會產生其他字符，這就會導致讀取到的內容容易出問題；而如果從文件讀取的話那就用哪個都行

第二步構造請求就用接收的字符串來構造一個 DatagramPacket 對象，然后發送

DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(),request.getBytes().length,InetAddress.getByName(serverIp),serverPort);
socket.send(requestPacket);

到這里我們已經了解了三種構造 DatagramPacket 對象的方法，總結一下：

//第一種：搭配 receive 使用。構造的時候指定空白的字節數組
DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[1024],1024);//第二種：發數據時使用。構造時指定有內容的字節數組，并指定 IP 和端口
DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(),response.getBytes().length,
requestPacket.getSocketAddress());//第三種：發數據時使用。構造時指定有內容的字節數組，并指定 IP 和 端口，這兩者分開指定
DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(),request.getBytes().length,
InetAddress.getByName(serverIp),serverPort);

回到正題，第三步是讀取服務器響應

DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[1024],1024);
socket.receive(responsePacket);

最后就是把它顯示到控制臺：

String response = new String(responsePacket.getData(),0,responsePacket.getLength()); //再次強調，這里的 getLength 方法得到的是有效長度
System.out.println(response);

客戶端代碼如下：

public class UdpEchoClient {DatagramSocket socket;String serverIp;int serverPort;public UdpEchoClient(String serverIp,int serverPort) throws SocketException {this.serverIp = serverIp;this.serverPort = serverPort;socket = new DatagramSocket();}public void start() throws IOException {System.out.println("客戶端啟動");Scanner scanner = new Scanner(System.in);while(true) {if(!scanner.hasNext()) break;//1. 從控制臺讀取要發送的請求數據String request = scanner.next();//2.構造請求并發送DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(),request.getBytes().length,InetAddress.getByName(serverIp),serverPort);socket.send(requestPacket);//3.讀取服務器的響應DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[1024],1024);socket.receive(responsePacket);//4.把響應顯示到控制臺上String response = new String(responsePacket.getData(),0,responsePacket.getLength());System.out.println(response);}}public static void main(String[] args) throws IOException {UdpEchoClient client = new UdpEchoClient("127.0.0.1",7000);client.start();}
}

接下來運行一下看看效果：