1. 概述
在这篇文章中，我们将探讨使用Java进行网络通信，特别是在用户数据报协议（User Datagram Protocol，简称UDP）上。
UDP是一种通信协议，它通过网络传输独立的数据包，不保证它们一定能送达，也不保证接收顺序。
互联网上的大部分通信通常通过传输控制协议（Transmission Control Protocol，简称TCP）进行，但UDP也有其特定的应用场景，我们将在下一节中讨论。
2. 为什么使用UDP？
UDP与更常见的TCP有很大的不同。在考虑UDP表面级别的缺点之前，重要的是理解其较低的开销可以使其比TCP快得多。
除了速度，我们还需要记住，有些类型的通信并不需要TCP的可靠性，而是更重视低延迟。视频是一个可能从使用UDP而不是TCP中受益的应用的一个例子。
3. 构建UDP应用程序
构建UDP应用程序与构建TCP系统非常相似；唯一的区别在于客户端和服务器之间不需要建立点对点连接。
设置也非常直观。Java内置了支持UDP的网络功能，它位于java.net包中。因此，为了通过UDP执行网络操作，我们只需要导入java.net包中的类：java.net.DatagramSocket和java.net.DatagramPacket。
在接下来的章节中，我们将学习如何设计通过UDP通信的应用程序；我们将使用流行的回声协议来构建这个应用。
首先，我们将创建一个回声服务器，它会将接收到的任何消息发送回去，然后是发送任意消息到服务器的回声客户端，最后我们将测试应用程序以确保一切正常工作。
4. 服务器
在UDP通信中，一个单独的消息被封装在一个DatagramPacket中，通过DatagramSocket发送。
让我们从创建一个简单的服务器开始：
public class EchoServer extends Thread {
private DatagramSocket socket;
private boolean running;
private byte[] buf = new byte[256];
public EchoServer() {
socket = new DatagramSocket(4445);
}
public void run() {
running = true;
while (running) {
DatagramPacket packet
= new DatagramPacket(buf, buf.length);
socket.receive(packet);
InetAddress address = packet.getAddress();
int port = packet.getPort();
packet = new DatagramPacket(buf, buf.length, address, port);
String received
= new String(packet.getData(), 0, packet.getLength());
if (received.equals("end")) {
running = false;
continue;
}
socket.send(packet);
}
socket.close();
}
}
我们创建一个全局的DatagramSocket，在整个过程中用于发送数据包，一个字节数组来包裹我们的消息，以及一个名为running的状态变量。
为了简化，服务器继承自Thread，因此我们将所有代码都放在run方法中实现。
在run方法中，我们创建一个循环，只要running没有因错误或客户端发送的终止消息而变为false，就一直运行。
在循环顶部，我们实例化一个DatagramPacket来接收传入的消息。
接下来，我们调用socket的receive方法。此方法会阻塞直到有消息到达，并将消息存储在传递给它的DatagramPacket的字节数组中。
接收消息后，我们获取客户端的地址和端口，因为我们将响应发送回客户端。
然后，我们为向客户端发送消息创建一个DatagramPacket。注意发送包的签名与接收包的不同。这个包也需要我们指定发送的目标客户端的地址和端口。
5. 客户端
现在让我们创建一个简单的客户端来匹配这个新服务器：
public class EchoClient {
private DatagramSocket socket;
private InetAddress address;
private byte[] buf;
public EchoClient() {
socket = new DatagramSocket();
address = InetAddress.getByName("localhost");
}
public String sendEcho(String msg) {
buf = msg.getBytes();
DatagramPacket packet
= new DatagramPacket(buf, buf.length, address, 4445);
socket.send(packet);
packet = new DatagramPacket(buf, buf.length);
socket.receive(packet);
String received = new String(
packet.getData(), 0, packet.getLength());
return received;
}
public void close() {
socket.close();
}
}
代码与服务器的大致相同。我们有全局的DatagramSocket和服务器的地址。我们在构造函数中初始化这些变量。
我们有一个单独的方法，用于向服务器发送消息并返回响应。
首先，我们将字符串消息转换为字节数组，然后为发送消息创建一个DatagramPacket。
接着，我们发送消息。发送后，我们将DatagramPacket立即转换为接收模式。
当回声到达时，我们将字节转换回字符串并返回。
6. 测试
在UDPTest.java类中，我们简单地创建一个测试来检查我们的两个应用程序的回声功能：
public class UDPTest {
EchoClient client;
@Before
public void setup(){
new EchoServer().start();
client = new EchoClient();
}
@Test
public void whenCanSendAndReceivePacket_thenCorrect() {
String echo = client.sendEcho("hello server");
assertEquals("hello server", echo);
echo = client.sendEcho("server is working");
assertFalse(echo.equals("hello server"));
}
@After
public void tearDown() {
client.sendEcho("end");
client.close();
}
}
在setup方法中，我们启动服务器并创建客户端。而在tearDown方法中，我们向服务器发送一个终止消息，以便它关闭，同时我们也关闭客户端。
7. 总结
在这篇文章中，我们了解了用户数据报协议，并成功构建了自己的客户端-服务器应用程序，它们通过UDP进行通信。
要获取本文中使用的示例的完整源代码，您可以查看GitHub项目。