Datagram通讯

前面在介绍TCP/IP协议的时候，我们已经提到，在TCP/IP协议的传输层除了TCP协议之外还有一个UDP协议，相比而言UDP的应用不如TCP广泛，几个标准的应用层协议HTTP，FTP，SMTP…使用的都是TCP协议。但是，随着计算机网络的发展，UDP协议正越来越来显示出其威力，尤其是在需要很强的实时交互性的场合，如网络游戏，视频会议等，UDP更是显示出极强的威力，下面我们就介绍一下Java环境下如何实现UDP网络传输。

什么是Datagram

所谓数据报（Datagram）就跟日常生活中的邮件系统一样，是不能保证可靠的寄到的，而面向链接的TCP就好比电话，双方能肯定对方接受到了信息。在本章前面，我们已经对UDP和TCP进行了比较，在这里再稍作小节：
　　TCP，可靠，传输大小无限制，但是需要连接建立时间，差错控制开销大。
　　UDP，不可靠，差错控制开销较小，传输大小限制在64K以下，不需要建立连接。
　　总之，这两种协议各有特点，应用的场合也不同，是完全互补的两个协议，在TCP/IP协议中占有同样重要的地位，要学好网络编程，两者缺一不可。

Datagram通讯的表示方法：DatagramSocket；DatagramPacket

包java.net中提供了两个类DatagramSocket和DatagramPacket用来支持数据报通信，DatagramSocket用于在程序之间建立传送数据报的通信连接， DatagramPacket则用来表示一个数据报。先来看一下DatagramSocket的构造方法：

　　　DatagramSocket（）；
　　　DatagramSocket（int prot）；
　　　DatagramSocket(int port, InetAddress laddr)；

其中，port指明socket所使用的端口号，如果未指明端口号，则把socket连接到本地主机上一个可用的端口。laddr指明一个可用的本地地址。给出端口号时要保证不发生端口冲突，否则会生成SocketException类例外。注意：上述的两个构造方法都声明抛弃非运行时例外SocketException，程序中必须进行处理，或者捕获、或者声明抛弃。

用数据报方式编写client/server程序时，无论在客户方还是服务方，首先都要建立一个DatagramSocket对象，用来接收或发送数据报，然后使用DatagramPacket类对象作为传输数据的载体。下面看一下DatagramPacket的构造方法 ：

　　　DatagramPacket（byte buf[],int length）；
　　　DatagramPacket(byte buf[], int length, InetAddress addr, int port);
　　　DatagramPacket(byte[] buf, int offset, int length)；
　　　DatagramPacket(byte[] buf, int offset, int length, InetAddress address, int port)；

　　其中，buf中存放数据报数据，length为数据报中数据的长度，addr和port旨明目的地址，offset指明了数据报的位移量。

　　在接收数据前，应该采用上面的第一种方法生成一个DatagramPacket对象，给出接收数据的缓冲区及其长度。然后调用DatagramSocket 的方法receive()等待数据报的到来，receive()将一直等待，直到收到一个数据报为止。
　　DatagramPacket packet=new DatagramPacket(buf, 256);
　　Socket.receive (packet);
　　发送数据前，也要先生成一个新的DatagramPacket对象，这时要使用上面的第二种构造方法，在给出存放发送数据的缓冲区的同时，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。
　　DatagramPacket packet=new DatagramPacket(buf, length, address, port);
　　Socket.send(packet)；
在构造数据报时，要给出InetAddress类参数。类InetAddress在包java.net中定义，用来表示一个Internet地址，我们可以通过它提供的类方法getByName（）从一个表示主机名的字符串获取该主机的IP地址，然后再获取相应的地址信息。

基于UDP的简单的Client/Server程序设计

有了上面的知识，我们就可以来构件一个基于UDP的C/S 网络传输模型
　　1. 客户方程序 QuoteClient.java
　　2. 服务器方程序:QuoteServer.java
　　3. 程序QuoteServerThread.java

1. 客户方程序 QuoteClient.java
　　import java.io.*;
　　import java.net.*;
　　import java.util.*;
　　public class QuoteClient {
　　　public static void main(String[] args) throws IOException 
　　　{
　　　　if(args.length!=1) { 
　　　　//如果启动的时候没有给出Server的名字，那么出错退出
　　　　　System.out.println("Usage:java QuoteClient <hostname>"); 
　　　　　//打印出错信息
　　　　　return; //返回
　　　　}</hostname>
　　　　DatagramSocket socket=new DatagramSocklet(); 
　　　　//创建数据报套接字
　　　　Byte[] buf=new byte[256]; //创建缓冲区
　　　　InetAddress address=InetAddress.getByName(args [0]); 
//由命令行给出的第一个参数默认为Server的名字，通过它得到Server的IP信息
　　　　DatagramPacket packet=new DatagramPacket (buf, buf.length, address, 4445);
　　　　//创建DatagramPacket对象
　　　　socket.send(packet); //发送
　　　　packet=new DatagramPacket(buf,buf.length); 
　　　　//创建新的DatagramPacket对象，用来接收数据报
　　　　socket.receive(packet); //接收
　　　　String received=new String(packet.getData()); 
　　　　//根据接收到的字节数组生成相应的字符串
　　　　System.out.println("Quote of the Moment:"+received ); 
　　　　//打印生成的字符串
　　　　socket.close(); //关闭套接口
　　　}
　}

　2. 服务器方程序:QuoteServer.java
　　public class QuoteServer{
　　　public static void main(String args[]) throws java.io.IOException 
　　　{
　　　　new QuoteServerThread().start(); 
　　　　//启动一个QuoteServerThread线程
　　　}
　　}

3. 程序QuoteServerThread.java
　　import java.io.*;
　　import java.net.*;
　　import java.util.*;
　　//服务器线程
　　public class QuoteServerThread extends Thread
　　{
　　protected DatagramSocket socket=null; 
　　//记录和本对象相关联的DatagramSocket对象
　　protected BufferedReader in=null; 
　　//用来读文件的一个Reader
　　protected boolean moreQuotes=true; 
　　//标志变量，是否继续操作
　　public QuoteServerThread() throws IOException { 
　　//无参数的构造函数
　　　　this("QuoteServerThread"); 
　　　　//以QuoteServerThread为默认值调用带参数的构造函数
　　}
　　public QuoteServerThread(String name) throws IOException {
　　　　super(name); //调用父类的构造函数
　　　　socket=new DatagramSocket(4445); 
　　　　//在端口4445创建数据报套接字
　　　　try{
　　　　　　in= new BufferedReader(new FileReader(" one-liners.txt"));
　　　　　　//打开一个文件，构造相应的BufferReader对象
　　　　}catch(FileNotFoundException e) { //异常处理
　　　　　　System.err.println("Could not open quote file. Serving time instead."); 
　　　　　　　//打印出错信息
　　　　}
　　}
　　public void run() //线程主体
　　{
　　　　while(moreQuotes) {
　　　　　try{
　　　　　　　byte[] buf=new byte[256]; //创建缓冲区
　　　　　　　DatagramPacket packet=new DatagramPacket(buf,buf.length);
　　　　　　　//由缓冲区构造DatagramPacket对象
　　　　　　　socket.receive(packet); //接收数据报
　　　　　　　String dString=null;
　　　　　　　if(in= =null) dString=new Date().toString(); 
　　　　　　　//如果初始化的时候打开文件失败了，
　　　　　　　//则使用日期作为要传送的字符串
　　　　　　　else dString=getNextQuote(); 
　　　　　　　//否则调用成员函数从文件中读出字符串
　　　　　　　buf=dString.getByte(); 
　　　　　　　//把String转换成字节数组，以便传送
　　　　　　　InetAddress address=packet.getAddress(); 
　　　　　　　//从Client端传来的Packet中得到Client地址
　　　　　　　int port=packet.getPort(); //和端口号
　　　　　　　packet=new DatagramPacket(buf,buf.length,address,port); 
　　　　　　　//根据客户端信息构建DatagramPacket
　　　　　　　socket.send(packet); //发送数据报
　　　　　　}catch(IOException e) { //异常处理
　　　　　　　e.printStackTrace(); //打印错误栈
　　　　　　　moreQuotes=false; //标志变量置false，以结束循环
　　　　　　}
　　　　}
　　　　socket.close(); //关闭数据报套接字
　　}
　　protected String getNextQuotes(){ 
　　//成员函数，从文件中读数据
　　　　String returnValue=null;
　　　　try {
　　　　　　　if((returnValue=in.readLine())= =null) { 
　　　　　　　//从文件中读一行，如果读到了文件尾
　　　　　　　in.close( ); //关闭输入流
　　　　　　　moreQuotes=false; 
　　　　　　　//标志变量置false，以结束循环
　　　　　　　returnValue="No more quotes. Goodbye."; 
　　　　　　　//置返回值
　　　　　　　} //否则返回字符串即为从文件读出的字符串
　　　　}catch(IOEception e) { //异常处理
　　　　　　　returnValue="IOException occurred in server"; 
　　　　　　　//置异常返回值
　　　　}
　　　　return returnValue; //返回字符串
　　}
}

可以看出使用UDP和使用TCP在程序上还是有很大的区别的。一个比较明显的区别是，UDP的Socket编程是不提供监听功能的，也就是说通信双方更为平等，面对的接口是完全一样的。但是为了用UDP实现C/S结构，在使用UDP时可以使用DatagramSocket.receive()来实现类似于监听的功能。因为receive()是阻塞的函数，当它返回时，缓冲区里已经填满了接受到的一个数据报，并且可以从该数据报得到发送方的各种信息，这一点跟accept()是很相象的，因而可以根据读入的数据报来决定下一步的动作，这就达到了跟网络监听相似的效果。