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基本概念
发送端和接收端
在一次网络数据传输时:
发送端:数据的发送方进程,称为发送端。发送端主机即网络通信中的源主机
接收端:数据的接收方进程,称为接收端。接收端主机即网络通信中的目的主机
(发送端和接收端是相对的)
请求和响应
一般来说,获取一个网络资源,涉及到两次网络数据传输:
第一次:请求数据的发送
第二次:响应数据的发送
服务端和客户端
服务端:在常见的网络数据传输场景下,将提供服务的一方进程,称为服务端,可以提供对外服务
客户端:获取服务的一方进程,称为客户端
对于服务来说,一般是提供:
客户端获取服务资源:
客户端保存资源在服务端:
常见的客户端服务端模型:
最常见的场景,客户端是指给用户使用的程序,服务端是提供用户服务的程序:
(1)客户端先发送请求到服务端
(2)服务端根据请求数据,执行相应的业务处理
(3)服务端返回响应:发送业务处理结果
(4)客户端根据响应数据,展示处理结果(展示获取的资源,或是提示保存资源的处理结果)
API学习
DatagramSocket
DatagramSocket是UDP Socket,用于发送和接收UDP数据报
构造方法:
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(一般用于客户端) |
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(一般用于服务端) |
常用方法:
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包(不会阻塞等待,直接发送) |
void close | 关闭此数据报套接字 |
DatagramPacket
DatagramPacket是UDP Socket发送和接收的数据报
构造方法:
方法 | 说明 |
---|---|
DatagramPacket(byte[] buf, int length) | 构造一个DatagramPacket用来接收数据报,接收的数据保存在字节数组(buf)中,接收指定长度(length) |
DatagramPacket(byte[] buf, int length, SocketAddress address) | 构造一个DatagramPacket用来发送数据报,发送的数据在字节数组(buf),发送指定长度(length),address指定目的主机的IP地址和端口号 |
DatagramPacket(byte[] buf, int int length, InentAddress, int port) | 构造一个DatagramPacket用来发送数据报,发送的数据保存在字节数组(buf),发送指定长度(length)到address主机的port端口 |
常用方法:
方法 | 说明 |
---|---|
InetAddress getAddress() | 从接收的数据报中,获取发送端主机IP地址和端口号;或从发送的数据报中,获取接收端主机IP地址和端口号 |
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 |
构造UDP发送的数据报时,需要传入 SocketAddress,该对象可以使用InetSocketAddress来创建
InetSocketAddress
InetSocketAddress(SocketAddress的子类)构造方法:
方法 | 说明 |
---|---|
InetSocketAddress(InetAddress addr, int port) | 创建一个Socket地址,包含IP地址和端口号 |
回显服务器实现
回显服务器的业务逻辑较为简单,通过编写回显服务器,我们能够进一步熟悉相关API和编写流程
服务器接收客户端的请求,返回响应,响应的内容是客户端发送的请求内容(即客户端发什么,服务端响应什么)
其中,涉及到客户端和服务端,我们先实现服务端相关逻辑
服务端
思路分析
对于服务器,要实现的内容有:
1. 接收客户端发送的请求
2. 读取解析请求,并根据请求计算响应
3. 将响应返回给客户端
在实现服务器过程中我们需要注意的是,由于服务器要等到客户端发送请求时才能进行接收、解析、计算响应等操作,而服务器不知道客户端什么时候发送请求,因此服务器需要一直“待命”,等待客户端发送请求
具体实现
首先我们需要创建一个 DatagramSocket 对象用于接收UDP数据报,并通过构造方法来指定服务器要绑定的端口号
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketException;
public class UdpEchoServer {
DatagramSocket socket = null; //创建 DatagramSocket 对象用于发送和接收UDP数据报
public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {
socket = new DatagramSocket(port);
}
}
接下来,我们实现服务器的启动,接收客户端发送的请求并解析
//启动服务器
public void start() throws IOException {
System.out.println("启动服务器");
while (true) {//服务器需要长期、返回地接收请求、处理请求
// 接收请求并解析
//创建 DatagramPacket 对象用于接收客户端发送的数据报
DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);
//接收请求数据报
socket.receive(requestPacket);
//将读取到的字节数组转换成String 方便后续逻辑处理
String request = new String(requestPacket.getData(), 0, requestPacket.getLength());
}
}
其中的receive()能够读取到一个UDP数据报,并将其放到requestPacket中,其中,UDP数据报的载荷部分被放到requestPacket内置的字节数组中,而报头部分,则会被requestPacket的其他属性保存。在执行到receive()时,若还没有客户端发来请求,则会先阻塞等待,直到接收到客户端发送的请求
接下来,根据请求计算响应,对于回显服务器,这一步非常简单,只需要将请求内容直接作为响应内容即可
//启动服务器
public void start() throws IOException {
System.out.println("启动服务器");
while (true) {//服务器需要长期、反复地接收请求、处理请求
// 接收请求并解析
//创建 DatagramPacket 对象用于接收客户端发送的数据报
DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);
//接收请求数据报
socket.receive(requestPacket);
//将读取到的字节数组转换成string 方便后续逻辑处理
String request = new String(requestPacket.getData(), 0, requestPacket.getLength());
//根据请求计算响应
String response = process(request);
}
}
public String process(String request){
return request;
}
基于字节数组构造出String,字节数组中保存的内容不一定是二进制数据,也可能是文件数据,而String既可以保存文本数据也可以保存二进制数据
最后,我们将响应返回到客户端
//将响应返回给客户端
//构造 DatagramPacket 对象用于存储向客户端发送响应内容
DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(), response.getBytes().length,
requestPacket.getSocketAddress()); //此时需要传入发送数据的字节数组、数据长度和发送请求的客户端的IP地址和端口号
//发送响应数据报
socket.send(requestPacket);
在发送请求时,将请求中的源IP和源端口号,作为响应的目的IP和目的端口号,此时就能够将消息返回给客户端
为了方便观察程序的执行效果,我们可以打印日志
完整代码
import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketException;
public class UdpEchoServer {
DatagramSocket socket = null;//创建 DatagramSocket 对象用于发送和接收UDP数据报
public UdpEchoServer(int port) throws SocketException {
socket = new DatagramSocket(port);
}
//启动服务器
public void start() throws IOException {
System.out.println("启动服务器");
while (true) {//服务器需要长期、反复地接收请求、处理请求
// 接收请求并解析
//创建 DatagramPacket 对象用于接收客户端发送的数据报
DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);
//接收请求数据报
socket.receive(requestPacket);
//将读取到的字节数组转换成string 方便后续逻辑处理
String request = new String(requestPacket.getData(), 0, requestPacket.getLength());
//根据请求计算响应
String response = process(request);
//将响应返回给客户端
//构造 DatagramPacket 对象用于存储向客户端发送响应内容
DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(), response.getBytes().length,
requestPacket.getSocketAddress()); //此时需要传入发送数据的字节数组、数据长度和发送请求的客户端的IP地址和端口号
//发送响应数据报
socket.send(requestPacket);
//打印日志
System.out.printf("[%s:%d] req: %s, resp: %s\n", responsePacket.getAddress().toString(), responsePacket.getPort(),
request, response);
}
}
public String process(String request){
return request;
}
}
接下来,我们运行服务器:
public static void main(String[] args) throws IOException {
UdpEchoServer server = new UdpEchoServer(9010);
server.start();
}
由于服务器要等待客户端发送请求后才能执行后续操作,因此,我们先实现客户端后再来观察效果
实现服务器后,我们接着实现客户端相关操作
客户端
思路分析
对于服务端要实现的内容有:
1. 从控制台读取用户输入的内容
2. 将内容构造成UDP请求,并发送给服务器
3. 等待服务器响应,当接收到服务器响应时,解析响应内容
4. 将响应内容显示到屏幕上
具体实现
首先,我们要创建一个 DatagramSocket 对象用于接收UDP数据报,但此时不需要手动指定端口号
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.SocketException;
public class UdpEchoClient {
private DatagramSocket socket = null;
private String serverIp;//服务器IP
private int serverPort;//服务器端口号
public UdpEchoClient(String serverIp, int serverPort) throws SocketException {
this.serverIp = serverIp;
this.serverPort = serverPort;
socket = new DatagramSocket();
}
}
由于我们要知道服务器的IP地址和端口才能向其发送请求,因此,在这里我们通过构造方法来指定服务器的IP和端口号
为什么服务器需要指定端口号,而客户端则是不需要?
对于服务器,需要手动指定端口,对于客户端,则一般不用手动指定,此时系统会自动分配一个空闲的端口号。这是因为对于客户端来说,无法保证手动指定的端口是可用的,因此由系统随机分配一个空闲的端口号,而对于服务器端口来说,我们事先知道服务器上有哪些端口被使用,因此我们可以确保指定的端口未被占用,此外,客户端要主动给服务器发起请求,通过服务器端口号找到服务器,若服务器端口号也随机分配,则客户端不能找到服务器
接下来我们启动服务器,并从控制台读取要发送的请求数据
//启动服务器
public void start(){
System.out.println("启动客户端");
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
while (true){
System.out.print("请输入:");
if(!scanner.hasNext()){
break;
}
String request = scanner.next();
}
}
接下来,我们由输入的内容构造请求并发送
//启动服务器
public void start() throws IOException {
System.out.println("启动客户端");
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
while (true){
System.out.print("请输入:");
if(!scanner.hasNext()){
break;
}
String request = scanner.next();
//构造请求并发送
DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(),
request.getBytes().length, InetAddress.getByName(serverIp), serverPort);
socket.send(requestPacket);
}
}
由于数据报需要进行发送,因此需要有目的主机的IP地址和端口号,而构造方法中传入的IP地址是字符串类型,且是点分十进制风格的(例如“127.0.0.1”),因此我们需要使用 InetAddress.getByName 创建InetAddress对象
然后我们需要读取服务器返回的响应并显示
//读取服务器返回的响应
DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);
socket.receive(responsePacket);
//将响应显示到控制台上
String response = new String(responsePacket.getData(), 0, responsePacket.getLength());
System.out.println(response);
接着我们运行客户端:
public static void main(String[] args) throws IOException {
UdpEchoClient client = new UdpEchoClient("127.0.0.1", 9010);
client.start();
}
完整代码
import java.io.IOException;
import java.net.*;
import java.util.Scanner;
public class UdpEchoClient {
private DatagramSocket socket = null;
private String serverIp;//服务器IP
private int serverPort;//服务器端口号
public UdpEchoClient(String serverIp, int serverPort) throws SocketException {
this.serverIp = serverIp;
this.serverPort = serverPort;
socket = new DatagramSocket();
}
//启动服务器
public void start() throws IOException {
System.out.println("启动客户端");
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
while (true){
System.out.print("请输入:");
if(!scanner.hasNext()){
break;
}
String request = scanner.next();
//构造请求并发送
DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(request.getBytes(),
request.getBytes().length, InetAddress.getByName(serverIp), serverPort);
socket.send(requestPacket);
//读取服务器返回的响应
DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(new byte[4096], 4096);
socket.receive(responsePacket);
//将响应显示到控制台上
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", 9010);
client.start();
}
}
运行测试
此时,我们同时运行服务器和客户端,并输入请求观察代码是否存在问题:
客户端:
服务器:
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