【网络编程通关之路】 Udp 基础回显服务器(Java实现)及你不知道知识原理详解 ！ ！ ！

本篇会加入个人的所谓鱼式疯言

❤️❤️❤️鱼式疯言:❤️❤️❤️此疯言非彼疯言

而是理解过并总结出来通俗易懂的大白话,

小编会尽可能的在每个概念后插入鱼式疯言,帮助大家理解的.

🤭🤭🤭可能说的不是那么严谨.但小编初心是能让更多人能接受我们这个概念 ！！！

引言

在这个信息爆炸的时代，数据传输的速度和效率比以往任何时候都更加重要。想象一下，你正在观看一场在线直播的体育赛事，突然画面卡顿，数据包丢失——这可能是由于TCP协议的重传机制导致的延迟。

但如果你使用的是 UDP，情况可能会完全不同。UDP，即用户数据报协议，以其轻量级和低延迟的特性，在网络编程中扮演着重要角色。本文将深入探讨UDP的工作原理，以及它如何为现代网络通信带来革命性的变化。

目录

一. Udp 与 Tcp 协议

1. Udp 与 Tcp 的初识

Udp 和 Tcp 都是 Tcp / IP 五层协议中的 第四层： 传输层 , 主要提供在不同主机上提供进程和进程的 传输服务 ， 主要还是关注传输的 起点和终点 。

2. Udp 的特点 和 Tcp的特点

Udp： 无连接， 不可靠， 面向 数据报， 全双工。

Tcp： 有连接， 可靠， 面向 字节流， 全双工

• 连接性：连接的含义： 不是实际意义上的两根线连起来，而是一种 抽象的连接 ， 就是说通信双方都保存着对方的 信息（IP地址， 端口号）

  对于Udp 来说是无连接的，也就是 没有 保存 对方信息的一种连接特性。

  对于Tcp 来说是有连接的， 也就是 保存着 对方信息 的一种连接特性。

• 可靠性 ： 对于网络通讯来说可靠 不是百分百通信， 而不丢失数据 。 可靠性的关键就在于当 数据发送错误或出现数据丢失 的情况， 是否会进行 重传 数据。

  对于 Tcp 来说， 是有 应答响应和延时重传机制的（重点内容后面文章详解）， 当网络数据发生影响时， 就会进行 重传。 防止数据的丢失 。

  对于 Udp 来说， 是没有的， 当网络通信出现问题时， 就会进行直接把这段数据直接丢弃， 不会发生重传 。

• 面向数据报与面向字节流： 这是两次不同协议的 传输单位 的不同

  对于Tcp 来说 ， 面向字节流就等同于一个字节一个字节传输

  好比现有一堆数据， 总有二百个字节单位的数据

  如果你一个一个字节的传输， 需要传输两百次；

  如果你十个十个字节的传输， 需要传输二十次；

  如果你二十个字节的传输， 需要传输十次；

  如果你一百个字节的传输， 就需要传输两次；

  如果你二百个字节的传输， 就需要传输一次。

  对于Udp 来说， 是面向数据报的， 这里的数据报还比挖菜需要用锄头， 砍柴需要用斧头一样， 是一种 专门 为网络通信传输构造的一种 特殊结构的传输单位 。

  我们只需要构造好 数据报， 把需要传输的数据当 成一个整体 打包成 数据报 即可。

• 全双工与半双工 ： 双工本质上就是一种 传输的方向 ， 无论是Tcp 和 Udp ， 都是全双工， 其含义就是，无论对于这两种协议部署到主机上， 既可以 发送数据， 也可以 接受数据， 既可以 发送请求， 也可以 对请求做出响应 。 可以认为是一种双方向的 。

  而半双工就是部署好协议之后， 这个通信设备要么 只能接受数据 ， 要么只能发送数据， 而 不能同时接受数据和发送数据, 是以一种 单向 的形式传输。

二. Udp服务器的实现过程及原理

1. 引入

介绍完Tcp和Udp的特点之后，下面就开始上场本篇文章的核心内容，带着小伙伴们一起实践利用 Udp 协议写一个 回显服务器程序 。

什么是 回显 ？？？

就是这个服务器响应给客户端的是 客户端自身发来的请求 ， 服务器这边不做业务/ 逻辑上 的处理， 而是直接把 原请求数据 响应返回给客户端。

对于Udp 来说， 如果需要进行网络通信就需要调用 系统原生api 来进行实现 ， 就需要了解 系统原生api 的使用细节， 但对于Java程序猿来说， JDK早已把 api 进行封装， 封装成 两个类： DatagramSocket , DatagramPacket 。 这两个类都来自于 Java.net 这个包中。

DatagramSocket 相关方法：

上述 对 DAtagramSocket 实例化一个 Socket 对象时， 我们就是利用这个 Socket 对象 来对 网卡进行操作 ， 从而进行 网络通信的必要操作 。

DatagramPacket 相关方法：

而 DatagramPacket 则是上面谈及的数据报， 每实例化一个数据报时， 就要传入对于的 byte[] 数组作为参数， 打包成 一个整体的数据报单元 进行传输。

想必小伙伴们应该还没有理解吧， 下面的原理部署和代码演示讲带着大伙熟悉这些方法的使用 💖 💖 💖 💖 💖

2. 服务器端代码演示

package network;

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketException;

public class MyServer {

// 定义一个 数据包插口
private DatagramSocket socker = null;

// 构造方法
public MyServer(int port) throws SocketException {
// 进行进程和 端口号的连接
socker = new DatagramSocket(port);

}

public void start() throws IOException {

while(true) {
System.out.println("服务器开始运行…");

// 打包数据包基本单位
DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096 );

// 接受客户端发来的数据
socker.receive(requestPacket);

// 转为成字符串打印日志
String request = new String(requestPacket.getData(), 0, requestPacket.getLength());

// 执行业务逻辑并对客户端进行响应
String response = process(request);

// 打包一组响应的数据包
// 注意这里要带上对应客户端输入的ip地址和端口号
DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(),0, response.getBytes().length,
requestPacket.getSocketAddress());

// 进行响应回服务器中
socker.send(responsePacket);

// 打印日志
System.out.printf("[ip地址为：%s, %s,端口号为：%d, %d 客户端的的需求的为: %s, 服务器的响应为: %s]\\n",
requestPacket.getAddress(),responsePacket.getAddress(), responsePacket.getPort(),requestPacket.getPort(), request, response);
}
}

// 业务逻辑的方法
public String process(String request) {
return request;
}

public static void main(String[] args) throws IOException{
MyServer myServer = new MyServer(9090);
myServer.start();
}
}

3. 服务器端代码流程讲解

对于服务器这端来说：

整体 分为五部：

// 定义一个 数据包插口
private DatagramSocket socker = null;

// 构造方法
public MyServer(int port) throws SocketException {
// 进行进程和 端口号的连接
socker = new DatagramSocket(port);

}

// 打包数据包基本单位
DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096 );

// 接受客户端发来的数据
socker.receive(requestPacket);

// 执行业务逻辑并对客户端进行响应
String response = process(request);

// 业务逻辑的方法
public String process(String request) {
return request;
}

// 打包一组响应的数据包
// 注意这里要带上对应客户端输入的ip地址和端口号
DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(),0, response.getBytes().length,
requestPacket.getSocketAddress());

// 进行响应回服务器中
socker.send(responsePacket);

// 打印日志
System.out.printf("[ip地址为：%s, %s,端口号为：%d, %d
客户端的的需求的为: %s, 服务器的响应为: %s]\\n",
requestPacket.getAddress(),responsePacket.getAddress(),
responsePacket.getPort(),requestPacket.getPort(), request, response);
}
}

鱼式疯言

三. Udp客户端的实现过程及原理

Udp 的实现 还是利用 DatagramSocket ， DatagramPacket 两个类来实现， 大体上的实现过程是 相似的 ，但有 细微之处不相同 。

下面我们来看看吧 💖 💖 💖 💖

1. 客户端的代码展示

package network;

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.SocketException;
import java.util.Scanner;

public class MyClient {

// 服务器ip
private String serverIp ;

// 服务器的端口号
private int serverPort;

// 创建一个客户端的插口
private DatagramSocket clientSocket = null;

public MyClient(String serverIp , int serverPort) throws SocketException {

// 对该服务器的ip 和端口号进行赋值
this.serverIp = serverIp;
this.serverPort = serverPort;

// 连接时，无须指定参数
clientSocket = new DatagramSocket();

}

public void start() throws IOException{
while(true) {
System.out.println("客户端开始运行…");
Scanner in= new Scanner(System.in);

System.out.print("请输入你的需求: ");
// 输入
String request = in.next();

// 打包成 数据量基本单位
// 并指定 ip 和 端口号
DatagramPacket requestPacket = new
DatagramPacket(request.getBytes(),
request.getBytes().length,
InetAddress.getByName(this.serverIp), this.serverPort);

// 发送给服务器
clientSocket.send(requestPacket);

// 构造一个数据包基本单位接受服务器的响应
DatagramPacket receivePacket = new DatagramPacket(
new byte[4096],4096);

// 开始接收
clientSocket.receive(receivePacket);

System.out.println("最终服务器的效应为: ");

// 输出日志
String receive =new String(receivePacket.getData(),
0, receivePacket.getLength());

System.out.println(receive);
}

}

public static void main(String[] args) throws IOException {
MyClient myClient = new MyClient("127.0.0.1",9090);
myClient.start();
}

}

2. 客户端的代码流程讲解

public MyClient(String serverIp , int serverPort) throws SocketException {

// 对该服务器的ip 和端口号进行赋值
this.serverIp = serverIp;
this.serverPort = serverPort;

// 连接时，无须指定参数
clientSocket = new DatagramSocket();

}

System.out.println("客户端开始运行…");
Scanner in= new Scanner(System.in);

System.out.print("请输入你的需求: ");
// 输入
String request = in.next();

// 打包成 数据量基本单位
// 并指定 ip 和 端口号
DatagramPacket requestPacket = new
DatagramPacket(request.getBytes(), request.getBytes().length,
InetAddress.getByName(this.serverIp), this.serverPort);

// 发送给服务器
clientSocket.send(requestPacket);

// 构造一个数据包基本单位接受服务器的响应
DatagramPacket receivePacket = new DatagramPacket(
new byte[4096],4096);

// 开始接收
clientSocket.receive(receivePacket);

// 输出日志
String receive =new String(receivePacket.getData(),
0, receivePacket.getLength());

System.out.println(receive);

鱼式疯言

补充细节 ：

四. 回显服务器的原理剖析及扩展字典服务器功能

1. 回显服务器的原理剖析

具体 回显服务器 的流程小编用 图示 的方式表示啦，

• 服务端等待客户端发送请求：

• 客户端发送以及阻塞等待：

  

• 返回客户端的响应：

• 整体的流程:

鱼式疯言

关于 Udp 不可靠传输 这个特点，这是一个难点也是重点， 小编会在后面的文章中重点详细的

2. 字典服务器功能

服务器:

package network;

import java.io.IOException;
import java.net.SocketException;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class MyDicServer extends MyServer{

private Map<String,String> map = new HashMap<>();

public MyDicServer(int port) throws SocketException {
super(port);
map.put("cat","小猫");
map.put("dog", "小狗");
map.put("dusk", "小鸭");
}

@Override
public String process(String request) {
return map.getOrDefault(request,"未知单词");
}

public static void main(String[] args) throws IOException {
MyServer m = new MyDicServer(9090);
m.start();
}
}

客户端：

package network;

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketException;

public class MyServer {

// 定义一个 数据包插口
private DatagramSocket socker = null;

// 构造方法
public MyServer(int port) throws SocketException {
// 进行进程和 端口号的连接
socker = new DatagramSocket(port);

}

public void start() throws IOException {

while(true) {
System.out.println("服务器开始运行…");

// 打包数据包基本单位
DatagramPacket requestPacket =
new DatagramPacket(new byte[4096],
4096 );

// 接受客户端发来的数据
socker.receive(requestPacket);

// 转为成字符串打印日志
String request = new String(requestPacket.getData(),
0, requestPacket.getLength());

// 执行业务逻辑并对客户端进行响应
String response = process(request);

// 打包一组响应的数据包
// 注意这里要带上对应客户端输入的ip地址和端口号
DatagramPacket responsePacket = new
DatagramPacket(response.getBytes(),0,
response.getBytes().length,
requestPacket.getSocketAddress());

// 进行响应回服务器中
socker.send(responsePacket);

// 打印日志
System.out.printf("[ip地址为：%s, %s,端口号为：
%d, %d 客户端的的需求的为: %s, 服务器的响应为: %s]\\n",

requestPacket.getAddress(),
responsePacket.getAddress(),

responsePacket.getPort(),
requestPacket.getPort(),

request, response);
}
}

// 业务逻辑的方法
public String process(String request) {
return request;
}

public static void main(String[] args) throws IOException{
MyServer myServer = new MyServer(9090);
myServer.start();
}
}

字典服务器小编在这里只是作为扩展内容， 其实操作远不止这里， 至于字典服务器怎么生成的？

其实很简单， 只是在原来的基础上加入了一个 哈希表 进行返回， 即使不理解的小伙伴也无妨， 重要是理解前面Udp 的回显服务器的 实现原理 即可。

总结

• Udp与Tcp 协议 : 主要说明的四种 Udp 和 Tcp 不同核心特点

• Udp服务器的实现过程及原理: 先了解 实现回显服务器 Udp 的两个类， 分别是 操作网卡 进行网络通信的 DatagramSocket 对象 与实现包装数据的 DatagramPacket 数据报。 并实现了 服务器的代码以及流程讲解。

• Udp客户端的实现过程及原理：实现了 Udp 的客户端代码 ， 并且就客户端的特点进行了流程讲解。

• 回显服务器的原理剖析及扩展字典服务器功能 : 从 图示的方式 进行理解回显服务器的原理， 并且扩展了 字典服务器 的内容。

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