DatagramSocket

17.4.2 使用DatagramSocket发送、接收数据

DatagramSocket本身只是码头，不维护状态，不能产生IO流，它的唯一作用就是接收和发送数据报，Java使用DatagramPacket来代表数据报，DatagramSocket接收和发送的数据都是通过DatagramPacket对象完成的。

先看一下DatagramSocket的构造器：

DatagramSocket()：创建一个DatagramSocket实例，并将该对象绑定到本机默认IP地址、本机所有可用端口中随机选择的某个端口。

DatagramSocket(int prot)：创建一个DatagramSocket实例，并将该对象绑定到本机默认IP地址、指定端口。

DatagramSocket(int port, InetAddress laddr)：创建一个DatagramSocket实例，并将该对象绑定到指定IP地址、指定端口。

通过上面三个构造器中任意一个构造器即可创建一个DatagramSocket实例，通常在创建服务器时，我们创建指定端口的 DatagramSocket实例——这样保证其他客户端可以将数据发送到该服务器。一旦得到了DatagramSocket实例之后，就可以通过如下两 个方法来接收和发送数据：

receive(DatagramPacket p)：从该DatagramSocket中接收数据报。

send(DatagramPacket p)：以该DatagramSocket对象向外发送数据报。

从上面两个方法可以看出，使用DatagramSocket发送数据报时，DatagramSocket并不知道将该数据报发送到哪里，而是由 DatagramPacket自身决定数据报的目的。就像码头并不知道每个集装箱的目的地，码头只是将这些集装箱发送出去，而集装箱本身包含了该集装箱的 目的地。

当Client/Server程序使用UDP协议时，实际上并没有明显的服务器和客户端，因为两方都需要先建立一个DatagramSocket对 象，用来接收或发送数据报，然后使用DatagramPacket对象作为传输数据的载体。通常固定IP、固定端口的DatagramSocket对象所 在的程序被称为服务器，因为该DatagramSocket可以主动接收客户端数据。

下面看一下DatagramPacket的构造器：

DatagramPacket(byte buf[],int length)：以一个空数组来创建DatagramPacket对象，该对象的作用是接收DatagramSocket中的数据。

DatagramPacket(byte buf[], int length, InetAddress addr, int port)：以一个包含数据的数组来创建DatagramPacket对象，创建该DatagramPacket时还指定了IP地址和端口——这就决定了 该数据报的目的。

DatagramPacket(byte[] buf, int offset, int length)：以一个空数组来创建DatagramPacket对象，并指定接收到的数据放入buf数组中时从offset开始，最多放length个字节。

DatagramPacket(byte[] buf, int offset, int length, InetAddress address, int port)：创建一个用于发送的DatagramPacket对象，也多指定了一个offset参数。

在接收数据前，应该采用上面的第一个或第三个构造器生成一个DatagramPacket对象，给出接收数据的字节数组及其长度。然后调用 DatagramSocket 的方法receive()等待数据报的到来，receive()将一直等待（也就是说会阻塞调用该方法的线程），直到收到一个数据报为止。如下代码所示：

//创建接受数据的DatagramPacket对象
DatagramPacket packet=new DatagramPacket(buf, 256);
//接收数据
socket.receive(packet);

发送数据之前，调用第二个或第四个构造器创建DatagramPacket对象，此时的字节数组里存放了想发送的数据。除此之外，还要给出完整的目 的地址，包括IP地址和端口号。发送数据是通过DatagramSocket的方法send()实现的，send()根据数据报的目的地址来寻径以传递数 据报。如下代码所示：

//创建一个发送数据的DatagramPacket对象
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buf, length, address, port);
//发送数据报
socket.send(packet);

当我们使用DatagramPacket来接收数据时，会感觉DatagramPacket设计得过于烦琐。对于开发者而言，只关心该 DatagramPacket能放多少数据，而DatagramPacket是否采用字节数组来存储数据完全不想关心。但Java要求创建接收数据用的 DatagramPacket时，必须传入一个空的字节数组，该数组的长度决定了该DatagramPacket能放多少数据，这实际上暴露了 DatagramPacket的实现细节。接着DatagramPacket又提供了一个getData()方法，该方法又可以返回 DatagramPacket对象里封装的字节数组，该方法更显得有些多余：如果程序需要获取DatagramPacket里封装的字节数组，直接访问传 给 DatagramPacket构造器的字节数组实参即可，无须调用该方法。

当服务器（也可以客户端）接收到一个DatagramPacket对象后，如果想向该数据报的发送者“反馈”一些信息，但由于UDP是面向非连接 的，所以接收者并不知道每个数据报由谁发送过来，但程序可以调用DatagramPacket的如下三个方法来获取发送者的IP和端口：

InetAddress getAddress()：返回某台机器的 IP 地址，当程序准备发送次数据报时，该方法返回此数据报的目标机器的IP地址；当程序刚刚接收到一个数据报时，该方法返回该数据报的发送主机的IP地址。

int getPort()：返回某台机器的端口，当程序准备发送此数据报时，该方法返回此数据报的目标机器的端口；当程序刚刚接收到一个数据报时，该方法返回该数据报的发送主机的端口。

SocketAddress getSocketAddress()：返回完整SocketAddress，通常由IP地址和端口组成。当程序准备发送此数据报时，该方法返回此数据报 的目标SocketAddress；当程序刚刚接收到一个数据报时，该方法返回该数据报是源SocketAddress。

上面getSocketAddress方法的返回值是一个SocketAddress对象，该对象实际上就是一个IP地址和一个端口号，也就是说 SocketAddress对象封装了一个InetAddress对象和一个代表端口的整数，所以使用SocketAddress对象可以同时代表IP地 址和端口。

下面程序使用DatagramSocket实现Server/Client结构的网络通信程序，本程序的服务器端使用循环1000次来读取DatagramSocket中的数据报，每当读到内容之后便向该数据报的发送者送回一条信息。服务器端代码如下：

程序清单：codes/17/17-4/UdpServer.java

public class UdpServer
{
public static final int PORT = 30000;
//定义每个数据报的最大大小为4K
private static final int DATA_LEN = 4096;
//定义该服务器使用的DatagramSocket
private DatagramSocket socket = null;
//定义接收网络数据的字节数组
byte[] inBuff = new byte[DATA_LEN];
//以指定字节数组创建准备接受数据的DatagramPacket对象
private DatagramPacket inPacket = 
new DatagramPacket(inBuff , inBuff.length);
//定义一个用于发送的DatagramPacket对象
private DatagramPacket outPacket;
//定义一个字符串数组，服务器发送该数组的的元素
String[] books = new String[]
{
"轻量级J2EE企业应用实战",
"基于J2EE的Ajax宝典",
"Struts2权威指南",
"ROR敏捷开发最佳实践"
};
public void init()throws IOException
{
try
{
//创建DatagramSocket对象
socket = new DatagramSocket(PORT);
//采用循环接受数据
for (int i = 0; i < 1000 ; i++ )
{
//读取Socket中的数据，读到的数据放在inPacket所封装的字节数组里。
socket.receive(inPacket);
//判断inPacket.getData()和inBuff是否是同一个数组
System.out.println(inBuff == inPacket.getData());
//将接收到的内容转成字符串后输出
System.out.println(new String(inBuff ,
0 , inPacket.getLength()));
//从字符串数组中取出一个元素作为发送的数据
byte[] sendData = books[i % 4].getBytes();
//以指定字节数组作为发送数据、以刚接受到的DatagramPacket的
//源SocketAddress作为目标SocketAddress创建DatagramPacket。
outPacket = new DatagramPacket(sendData ,
sendData.length , inPacket.getSocketAddress());
//发送数据
socket.send(outPacket); 
}
}
//使用finally块保证关闭资源
finally
{
if (socket != null)
{
socket.close();
}
}
}
public static void main(String[] args) 
throws IOException
{
new UdpServer().init();
}
}

上面程序中粗体字代码就是使用DatagramSocket发送、接收DatagramPacket的关键代码，该程序可以接受1000个客户端发送过来的数据。

程序客户端代码也与此类似，客户端采用循环不断地读取用户键盘输入，每当读到用户输入内容后就将该内容封装成DatagramPacket数据报， 再将该数据报发送出去；接着把DatagramSocket中的数据读入接收用的DatagramPacket中（实际上是读入该 DatagramPacket所封装的字节数组中）。客户端代码如下：

程序清单：codes/17/17-4/UdpClient.java

public class UdpClient
{
//定义发送数据报的目的地
public static final int DEST_PORT = 30000;
public static final String DEST_IP = "127.0.0.1";
//定义每个数据报的最大大小为4K
private static final int DATA_LEN = 4096;
//定义该客户端使用的DatagramSocket
private DatagramSocket socket = null;
//定义接收网络数据的字节数组
byte[] inBuff = new byte[DATA_LEN];
//以指定字节数组创建准备接受数据的DatagramPacket对象
private DatagramPacket inPacket = 
new DatagramPacket(inBuff , inBuff.length);
//定义一个用于发送的DatagramPacket对象
private DatagramPacket outPacket = null;
public void init()throws IOException
{
try
{
//创建一个客户端DatagramSocket，使用随机端口
socket = new DatagramSocket();
//初始化发送用的DatagramSocket，它包含一个长度为0的字节数组
outPacket = new DatagramPacket(new byte[0] , 0 ,
InetAddress.getByName(DEST_IP) , DEST_PORT);
//创建键盘输入流
Scanner scan = new Scanner(System.in);
//不断读取键盘输入
while(scan.hasNextLine())
{
//将键盘输入的一行字符串转换字节数组
byte[] buff = scan.nextLine().getBytes();
//设置发送用的DatagramPacket里的字节数据
outPacket.setData(buff);
//发送数据报
socket.send(outPacket);
//读取Socket中的数据，读到的数据放在inPacket所封装的字节数组里。
socket.receive(inPacket);
System.out.println(new String(inBuff , 0 , 
inPacket.getLength()));
}
}
//使用finally块保证关闭资源
finally
{
if (socket != null)
{
socket.close();
}
}
}
public static void main(String[] args) 
throws IOException
{
new UdpClient().init();
}
}

上面程序的粗体字代码同样也是通过DatagramSocket发送、接收DatagramPacket的关键代码，这些代码与服务器的代码基本相 似。而客户端与服务器端的唯一区别在于：服务器所在IP地址、端口是固定的，所以客户端可以直接将该数据报发送给服务器，而服务器则需要根据接收到的数据 报来决定将“反馈”数据报的目的地。

读者可能会发现，使用DatagramSocket进行网络通信时，服务器端无须、也无法保存每个客户端的状态，客户端把数据报发送到服务器后，完全有可能立即退出。但不管客户端是否退出，服务器无法知道客户端的状态。

当使用UDP协议时，如果想让一个客户端发送的聊天信息可被转发到其他所有客户端则比较困难，可以考虑在服务器使用Set来保存所有客户端信息，每 当接收到一个客户端的数据报之后，程序检查该数据报的源SocketAddress是否在Set集合中，如果不在就将该SocketAddress添加到 该Set集合中，但这样一来又涉及一个问题：可能有些客户端发送一个数据报之后永久性地退出了程序，但服务器端还将该客户端的SocketAddress 保存在Set集合中……总之，这种方式需要处理的问题比较多，编程比较烦琐。幸好Java为UDP协议提供了MulticastSocket类，通过该类 可以轻松实现多点广播。