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UDP 和 TCP 之间的差别有连接/无连接可靠传输/不可靠传输面向字节流/面向数据报全双工/半双工

UDP/TCP API 的使用UDP APIDatagramSocket构造方法方法

DatagramPacket构造方法方法

回显服务器（Echo Server）1. 接收请求2. 根据请求计算响应3. 将响应写回客户端完整代码

学习多线程，打破了以往对于程序的认知

学习网络编程，将会再次打破对于程序的认知

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套接字：<code>Socket 单词

操作系统给应用程序（传输层给应用层）提供的 API，起了个名字，就叫 Socket API

Socket 本身是“插槽”的意思

电脑的主板，插着各种其他的硬件

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接下来学习的就是操作系统提供的 Socket API（Java 版本的）

UDP 和 TCP 之间的差别

socket API 提供了两组不同的 API，UDP 有一套，TCP 也有一套

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TCP 有连接，可靠传输，面向字节流，全双工

UDP 无连接，不可靠传输，面向数据报，全双工

有连接/无连接

此处谈到的连接，是“抽象”的连接

通信双方，如果保存了通信对端的信息，就相当与是“有连接”；如果不保存对端的信息，就是“无连接”连接：通信双方 A 保存了 B 的信息（IP 和端口号），B 也保存了 A 的信息如果通信双方，各自把对方的信息删除掉，此时就相当与“断开了连接”

举个栗子：

将来你和你的另一半去领证，结婚证上就会写上两个人的名字，贴上照片。一式两份，你保存一份，你的另一半保存一份你的本上保留了 ta 的信息，你翻开本就能看到另一个人是 tata 的本上保留了你的信息，ta 翻开本就能看到另一个人是你此时你们俩就相当于建立了“抽象的/逻辑上的连接”

可靠传输/不可靠传输

此处谈到的“可靠”，不是指 100% 能到达对方，而是 “尽可能”到达对方

因为网络环境非常复杂，存在很多的不确定因素（你再厉害的技术，也抵不过挖掘机一铲子）

相对来说，不可靠就是完全不考虑数据是否能到达对方

TCP 内置了一些机制，能够保证可靠传输

感知到对方是不是收到了重传机制，在对方没收到的时候进行重试

UDP 则没有这种可靠性机制，完全不管发出去的数据是否顺利到达对方

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直观感觉，可靠比不可靠传输更好？

但可靠传输要付出代价，TCP 协议设计就要比 UDP 复杂很多，也会损失一些传输数据的效率

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面向字节流/面向数据报

TCP 是面向字节流的，TCP 的传输过程就和文件流/水流是一样的特点

从文件读写 100 个字节

一次读写 100 字节两次，一次读写 50 字节十次，一次读写 10 字节… TCP 读写，和文件读写是一摸一样的

UDP 是面向数据报的，传输数据的基本单位不是字节，而是“UDP 数据报”

一次发送/接收，必须是完整的 UDP 数据报

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这些差别，会直接影响到代码的写法

全双工/半双工

全双工：一个通信链路，可以发送数据，也可以接收数据（双向通信）

半双工：一个通信链路，只能发送/只能接收（单向通信）

有一根网线，怎么进行双向通信呢？

全双工这个事情，物理层面上，并非是只有一根线在连接一根网线里，有 8 根铜线，分成 4 4 一组（四根就可以正常工作，另外四根是防止意外情况发生的铜线备份）主要的四根线中，两根线用来负责发送，两根用来接收

UDP/TCP API 的使用

UDP API

API 就是一组函数/一组类

DatagramSocket

网卡的遥控器

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代表一个 Socket 对象

属于操作系统的概念，Socket 就可以认为是操作系统中，广义的文件里面的一种文件类型

这样的文件，就是网卡/控制台/键盘/显卡…这种硬件设备抽象的表示形式

所以 Socket 也具有一些文件的特性，操作文件需要先打开、再读写、再关闭。Socket 也是这样包括创建一个 Socket 对象，也会占用一个文件描述符表里面的资源 在这里 Socket 对象，就是网卡的代言人

因为我们通过代码直接操作网卡是不好操作的网卡有很多种型号，之间提供的 API 都会有差别于是操作系统就把网卡概念封装成 Socket，应用程序员就不需要关注硬件的差异和细节，直接统一操作 Socket 对象就能间接的操作网卡了Socket 就像万能遥控器一样

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构造方法

	方法签名	方法说明
	DatagramSocket ()	创建⼀个 UDP 数据报套接字的 Socket，绑定到本机任意⼀个随机端⼝（⼀般⽤于客⼾端）
	DatagramSocket (int port)	创建⼀个 UDP 数据报套接字的 Socket，绑定到本机指定的端⼝（需要指定端口号，⼀般⽤于服务端）

方法

	方法签名	方法说明
	void receive (DatagramPacket p)	从此套接字接收数据报（如果没有接收到数据报，该⽅法会阻塞等待）
	void send (DatagramPacket p)	从此套接字发送数据报包（不会阻塞等待，直接发送）
	void close ()	关闭此数据报套接字

DatagramPacket

UDP 传输数据的基本单位

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代表一个 UDP 数据报

构造方法

	方法签名	方法说明
	DatagramPacket(byte[] buf, int length)	构造⼀个 DatagramPacket 以⽤来接收数据报，接收的数据保存在字节数组（第⼀个参数 buf）中，接收指定 ⻓度（第⼆个参数 length）
	DatagramPacket(byte[] buf, int offset, int length, SocketAddress address)	构造⼀个 DatagramPacket 以⽤来发送数据报，发送的数据为字节数组（第⼀个参数 buf）中，从 0 到指定⻓ 度（第⼆个参数 length）。address 指定⽬的主机的 IP 和端⼝号

方法

	方法签名	方法说明
	InetAddress getAddress()	从接收的数据报中，获取发送端主机 IP 地址；或从发送的数据报中，获取接收端主机 IP 地址
	int getPort()	从接收的数据报中，获取发送端主机的端⼝号；或从发送的数据报中，获取接收端主机端口号
	byte[] getData()	获取数据报中的数据

回显服务器（Echo Server）

最简单的客户端服务器程序，不涉及到业务流程，只是对与 API 的用法做演示

客户端发送什么样的请求，服务器就返回什么样的响应，没有任何业务逻辑，没有进行任何计算或者处理

网络编程必须要使用网卡，就需要用到 Socket 对象

创建一个 DatagramSocket 对象，之后在基于这个对象进行操作

import java.net.DatagramSocket;

import java.net.SocketException;

public class UdpEchoServer {

private DatagramSocket socket = null;

public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {

//SocketException 异常是 IOException 的子类

socket = new DatagramSocket(port);

}

}

对于服务器这一端来说，需要在 socket 对象创建的时候，就指定一个端口号 port，作为构造方法的参数后续服务器开始运行之后，操作系统就会把端口号和该进程关联起来端口号的作用就是来区分进程的，一台主机上可能有很多个进程很多个程序，都要去操作网络。当我们收到数据的时候，哪个进程来处理，就需要通过端口号去区分

所以就需要在程序一启动的时候，就把这个程序关联哪个端口指明清楚

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在调用这个构造方法的过程中，JVM 就会调用系统的 Socket API，完成“端口号-进程”之间的关联动作

这样的操作也叫“绑定端口号”（系统原生 API 名字就叫 bind）绑定好了端口号之后，就明确了端口号和进程之间的关联关系

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对于一个系统来说，同一时刻，一个端口号只能被一个进程绑定；但是一个进程可以绑定多个端口号（通过创建多个 Socket 对象来完成）

因为端口号是用来区分进程，收到数据之后，明确说这个数据要给谁，如果一个端口号对应到多个进程，那么就难以起到区分的效果如果有多个进程，尝试绑定一个端口号，只有一个能绑定成功，后来的都会绑定失败

1. 接收请求

通过 start 来启动服务器的核心流程对于服务器来说，主要的工作，就是不停地处理客户端发来的请求，因为客户端什么时候会发来请求是未知的，所以要时刻待命

public void start() {

System.out.println("服务器启动！");

//通过一个死循环来不停地处理请求

while(true) {

//1. 读取客户端的请求并解析

socket.receive();

}

}

对 7*24 小时工作的服务器来说，服务器里面有死循环是很正常的，不是说死循环就是代码 bug

读取客户端的请求并解析

receive 是从网卡上读取数据，但是调用 receive 的时候，网卡上不一定就有数据当调用 start 方法之后程序启动，就立刻调用了 receive，一调用 receive，就会立刻从网卡中读取数据，但这个时候客户端可能还没来，网卡中还没有数据如果网卡上收到数据了，receive 立刻返回，获取收到的数据；如果没有收到数据，receive 就会阻塞等待，直到真正收到数据为止此处 receive 也是通过“输出型参数”获取到网卡上收到的数据的

receive 的参数是 DatagramPacket

我们就需要构造一个空的 DatagramPacket 对象，将其作为参数传递给 receive

public void start() throws IOException {

System.out.println("服务器启动！");

//通过一个死循环来不停地处理请求

while(true) {

//1. 读取客户端的请求并解析

DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);

socket.receive(requestPacket);

}

}

DatagramPacket 自身需要存储数据，但是数据的空间具体多大，需要外部来定义，自身不负责

需要指定 requestPacket 所需要存储数据/持有数据的基数

指定一个字节数组，和其长度大小没什么讲究，只要能确保能够存储下你通讯的一个数据包即可

收到的请求数据是通过二进制 byte[] 的形式来体现的，而我们后续要将其进行处理，最好将它转成字符串才好处理

public void start() throws IOException {

System.out.println("服务器启动！");

//通过一个死循环来不停地处理请求

while(true) {

//1. 读取客户端的请求并解析

DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);

socket.receive(requestPacket);

//将收到的二进制 byte[] 数据转换成字符串

String request = new String(requestPacket.getData(),0,requestPacket.getLength());

}

}

构造 String 可以基于字节数组构造，也可以基于字符数组进行构造

此处 DatagramPacket 里面持有的就是字节数组，我们就取出里面包含的字节数此处就指定了：是哪个字节数组、从哪开始构造、构造多长

2. 根据请求计算响应

请求（request）：客户端主动给服务器发起的数据响应（response）：服务器给客户端返回的数据

此处是一个回显服务器，响应就是请求

public void start() throws IOException {

System.out.println("服务器启动！");

//通过一个死循环来不停地处理请求

while(true) {

//1. 读取客户端的请求并解析

DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);

socket.receive(requestPacket);

//将收到的二进制 byte[] 数据转换成字符串

String request = new String(requestPacket.getData(),0,requestPacket.getLength());

//2. 根据请求计算响应

String response = process(request);

}

}

//请求是什么，响应就是什么

private String process(String request) {

return request;

}

3. 将响应写回客户端

此时需要主动的将数据通过网卡发送回客户端

与 receive 相似， send 的参数是 DatagramPacket

我们就需要构造一个 DatagramPacket 对象，将其作为参数传递给 send但此时不能使用空的数组来构造 DatagramPacket 对象需要使用刚刚的 response 数据进行构造

public void start() throws IOException {

System.out.println("服务器启动！");

//通过一个死循环来不停地处理请求

while(true) {

//1. 读取客户端的请求并解析

DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);

socket.receive(requestPacket);

//将收到的二进制 byte[] 数据转换成字符串

String request = new String(requestPacket.getData(),0,requestPacket.getLength());

//2. 根据请求计算响应

String response = process(request);

//3. 把响应写回到客户端

DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(),response.getBytes().length,

requestPacket.getSocketAddress());

socket.send(responsePacket);

}

}

//请求是什么，响应就是什么

private String process(String request) {

return request;

}

String 可以基于字节数组来构造，也可以随时取出里面的字节数组response.getBytes().length 不能写成 response.length

前者是在获取字节数组，得到字节数组的长度，单位是“字节”后者是在获取字符串中字符的个数，单位是“字符” UDP 有一个特点——无连接

所谓的连接，就是通信双方保存对方的信息（IP+端口号）就是说 DatagramSocket 这个对象中，不持有对方（客户端）和 IP 端口的，进行 send 的时候，就需要在 send 的数据包里，把要“发给谁”这样的信息，写进去，才能够正确的把数据进行返回所以要将信息也作为参数，传入 responsePacket 中

客户端刚才给服务器发了一个请求 requestPacket，这个包记录了这个数据是从哪来，从哪来就让它回哪去，所以直接获取这个 requestPacket 的信息就可以了客户端的 IP 和端口就都包含在 requestPacket.getSocketAddress() 中后续往外发送数据包的时候，就知道该发去哪了

>- 相比之下，<code>TCP 代码中，因为 TCP 是有连接的，则无需关心对端的 IP 和端口，只管发送数据即可

如果字符串里都是英文字母/阿拉伯数字/英文标点符号的话，都是 ASCII 编码的，一个字符也就是一个字节这么长如果字符串里有中文，是 UTF8 编码的，一个中文就是 3 个字节UTF8 也是能兼容 ASCII，当使用 UTF8 表示英文的时候，和 ASCII 表示英文是完全相同的

完整代码

import java.io.IOException;

import java.net.DatagramPacket;

import java.net.DatagramSocket;

import java.net.SocketException;

public class UdpEchoServer {

private DatagramSocket socket = null;

public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {

socket = new DatagramSocket(port);

}

public void start() throws IOException {

System.out.println("服务器启动！");

//通过一个死循环来不停地处理请求

while(true) {

//1. 读取客户端的请求并解析

DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);

socket.receive(requestPacket);

//将收到的二进制 byte[] 数据转换成字符串

String request = new String(requestPacket.getData(),0,requestPacket.getLength());

//2. 根据请求计算响应

String response = process(request);

//3. 把响应写回到客户端

DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(),response.getBytes().length,

requestPacket.getSocketAddress());

socket.send(responsePacket);

//4. 打印日志

System.out.printf("[%s:%d req=%s, res=%s\n",requestPacket.getAddress(),requestPacket.getPort(),request,response);

}

}

//请求是什么，响应就是什么

private String process(String request) {

return request;

}

public static void main(String[] args) throws IOException {

UdpEchoServer server = new UdpEchoServer(9090);

server.start();

}

}