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  • think in java 读书笔记 3 —— 数据报

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    think in java 读书笔记 1 ——移位

    think in java 读书笔记 2 —— 套接字

    think in java 读书笔记 3 —— 数据报

    概要

    1. 数据报基本知识

    2. 服务器端和客户端程序实例

    1. 数据报基本知识

    　　之前套接字中例子使用的都是“传输控制协议”（TCP），亦称作“基于数据流的套接字”。根据该协议的设计宗旨，它具有高度的可靠性，而且能保证数据顺利抵达目的地。换言之，它允许重传那些由于各种原因半路“走失”的数据。而且收到字节的顺序与它们发出来时是一样的。当然，这种控制与可靠性需要我们付出一些代价：TCP 具有非常高的开销。

    　　还有另一种协议，名为“用户数据报协议”（UDP），它并不刻意追求数据包会完全发送出去，也不能担保它们抵达的顺序与它们发出时一样。我们认为这是一种“不可靠协议”（TCP 当然是“可靠协议”）。

    　　Java 对数据报的支持与它对TCP 套接字的支持大致相同，但也存在一个明显的区别。对数据报来说，我们在客户和服务器程序都可以放置一个DatagramSocket（数据报套接字），但与ServerSocket 不同，前者不会干巴巴地等待建立一个连接的请求。这是由于不再存在“连接”，取而代之的是一个数据报陈列出来。另一项本质的区别的是对TCP 套接字来说，一旦我们建好了连接，便不再需要关心谁向谁“说话”——只需通过会话流来回传送数据即可。但对数据报来说，它的数据包必须知道自己来自何处，以及打算去哪里。这意味着我们必须知道每个数据报包的这些信息，否则信息就不能正常地传递。DatagramSocket 用于收发数据包，而DatagramPacket 包含了具体的信息。准备接收一个数据报时，只需提供一个缓冲区，以便安置接收到的数据。数据包抵达时，通过DatagramSocket，作为信息起源地的因特网地址以及端口编号会自动得到初化。

    所以一个用于接收数据报的DatagramPacket 构建器是：

    DatagramPacket(buf, buf.length)

    　　可以重复使用数据报的接收代码，不必每次都建一个新的。每次用它的时候（再生），缓冲区内的数据都会被覆盖。发出一个数据报时，DatagramPacket 不仅需要包含正式的数据，也要包含因特网地址以及端口号，以决定它的目的地。

    所以用于输出DatagramPacket 的构建器是：

    DatagramPacket(buf, length, inetAddress, port)

    这一次，buf（一个字节数组）已经包含了我们想发出的数据。length 可以是buf 的长度，但也可以更短一些，意味着我们只想发出那么多的字节。我们认为TCP 和UDP 端口是相互独立的。也就是说，可以在端口8080 同时运行一个TCP 和UDP 服务程序，两者之间不会产生冲突。

    该例类似于前面针对TCP 套接字的
    MultiJabberServer 和MultiJabberClient 例子。多个客户都会将数据报发给服务器，后者会将其反馈回最
    初发出消息的同样的客户。

    2. 服务器端和客户端程序实例

    该例类似于前面针对TCP 套接字的MultiJabberServer 和MultiJabberClient 例子。多个客户都会将数据报发给服务器，后者会将其反馈回最初发出消息的同样的客户。为简化从一个String 里创建DatagramPacket 的工作（或者从DatagramPacket 里创建String），这个例子首先用到了一个工具类，名为Dgram：

     1 package com.xingle_test.datagram;
 2 
 3 import java.net.DatagramPacket;
 4 import java.net.InetAddress;
 5 
 6 /**
 7  * @ClassName: Dgram
 8  * @Description: 从一个String 里创建DatagramPacket 的工作（或者从DatagramPacket 里创建String）
 9  * @author xingle
10  * @date 2014年7月25日 下午11:05:03
11  */
12 public class Dgram {
13     public static DatagramPacket toDatagram(String s, InetAddress destIA,
14             int destPort) {
15 
16         byte[] buf = s.getBytes();
17         return new DatagramPacket(buf, buf.length, destIA, destPort);
18     }
19 
20     public static String toString(DatagramPacket p) {
21 
22         return new String(p.getData(), 0, p.getLength());
23     }
24 }

    数据报演示的服务器代码：

     1 package com.xingle_test.datagram;
 2 
 3 import java.io.IOException;
 4 import java.net.DatagramPacket;
 5 import java.net.DatagramSocket;
 6 
 7 import java.net.SocketException;
 8 
 9 /**
10  * 数据报 服务器端
11  * 
12  * @ClassName: ChatterServer 
13  * @author Xingle
14  * @date 2014-7-23 下午3:42:09
15  */
16 public class ChatterServer {
17  
18     static final int INPORT = 8080;
19     private byte[] buf = new byte[1000];
20     private DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buf, buf.length);
21     // Can listen & send on the same socket:
22     private DatagramSocket socket;
23 
24     public ChatterServer() {
25         try {
26             socket = new DatagramSocket(INPORT);
27             System.out.println("Server started");
28             while (true) {
29                 // Block until a datagram appears:
30                 socket.receive(dp);
31                 String rcvd = Dgram.toString(dp) + ", from address: "
32                         + dp.getAddress() + ", port: " + dp.getPort();
33                 System.out.println(rcvd);
34                 String echoString = "Echoed: " + rcvd;
35                 // Extract the address and port from the
36                 // received datagram to find out where to
37                 // send it back:
38                 DatagramPacket echo = Dgram.toDatagram(echoString,
39                         dp.getAddress(), dp.getPort());
40                 socket.send(echo);
41             }
42         } catch (SocketException e) {
43             System.err.println("Can't open socket");
44             System.exit(1);
45         } catch (IOException e) {
46             System.err.println("Communication error");
47             e.printStackTrace();
48         }
49     }
50 
51     public static void main(String[] args) {
52         new ChatterServer();
53     }
54 
55 }

    ChatterServer 创建了一个用来接收消息的DatagramSocket（数据报套接字），而不是在我们每次准备接收一条新消息时都新建一个。这个单一的DatagramSocket 可以重复使用。它有一个端口号，因为这属于服务器，客户必须确切知道自己把数据报发到哪个地址。尽管有一个端口号，但没有为它分配因特网地址，因为它就驻留在“这”台机器内，所以知道自己的因特网地址是什么（目前是默认的localhost）。在无限while循环中，套接字被告知接收数据（receive()）。然后暂时挂起，直到一个数据报出现，再把它反馈回我们希望的接收人——DatagramPacket dp——里面。数据包（Packet）会被转换成一个字串，同时插入的还有数据包的起源因特网地址及套接字。这些信息会显示出来，然后添加一个额外的字串，指出自己已从服务器反馈回来了。

    　　为了将一条消息送回它真正的始发客户，需要知道那个客户的因特网地址以及端口号。幸运的是，所有这些资料均已非常周到地封装到发出消息的DatagramPacket 内部，所以我们要做的全部事情就是用getAddress()和getPort()把它们取出来。利用这些资料，可以构建DatagramPacket echo——它通过与接收用的相同的套接字发送回来。除此以外，一旦套接字发出数据报，就会添加“这”台机器的因特网地址及端口信息，所以当客户接收消息时，它可以利用getAddress()和getPort()了解数据报来自何处。事实上，getAddress()和getPort()唯一不能告诉我们数据报来自何处的前提是：我们创建一个待发送的数据报，并在正式发出之前调用了getAddress()和getPort()。到数据报正式发送的时候，这台机器的地址以及端口才会写入数据报。所以我们得到了运用数据报时一项重要的原则：不必跟踪一条消息的来源地！因为它肯定保存在数据报里。

    　　为测试服务器的运转是否正常，下面这程序将创建大量客户（线程），它们都会将数据报包发给服务器，并等候服务器把它们原样反馈回来。

    客户端：

     1 package com.xingle_test.datagram;
 2 
 3 import java.io.IOException;
 4 import java.net.DatagramPacket;
 5 import java.net.DatagramSocket;
 6 import java.net.InetAddress;
 7 import java.net.SocketException;
 8 import java.net.UnknownHostException;
 9 
10 /**
11  * 客户端（线程）
12  * @ClassName: ChatterClient 
13  * @author Xingle
14  * @date 2014-7-25 下午5:22:52
15  */
16 public class ChatterClient extends Thread {
17 
18     private DatagramSocket s;
19     private InetAddress hostAddress;
20     private byte[] buf = new byte[1000];
21     private DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buf, buf.length);
22     private int id;
23 
24     public ChatterClient(int identifier) {
25         id = identifier;
26         try {
27             // Auto-assign port number:
28             s = new DatagramSocket();
29             hostAddress = InetAddress.getByName("localhost");
30         } catch (UnknownHostException e) {
31             System.err.println("Cannot find host");
32             System.exit(1);
33         } catch (SocketException e) {
34             System.err.println("Can't open socket");
35             e.printStackTrace();
36             System.exit(1);
37         }
38         System.out.println("ChatterClient starting");
39     }
40 
41     public void run() {
42         try {
43             for (int i = 0; i < 5; i++) {
44                 String outMessage = "---Client #" + id + ", message #" + i+"---";
45                 // Make and send a datagram:
46                 s.send(Dgram.toDatagram(outMessage, hostAddress,
47                         ChatterServer.INPORT));
48                 // Block until it echoes back:
49                 s.receive(dp);
50                 // Print out the echoed contents:
51                 String rcvd = "Client #" + id + ", rcvd from "
52                         + dp.getAddress() + ", " + dp.getPort() + ": "
53                         + Dgram.toString(dp);
54                 System.out.println(rcvd);
55             }
56         } catch (IOException e) {
57             e.printStackTrace();
58             System.exit(1);
59         }
60     }
61 
62     public static void main(String[] args) {
63         for (int i = 0; i < 10; i++)
64             new ChatterClient(i).start();
65     }
66 
67 }

    执行结果（每次结果稍不同）：

    客户端的结果：

    ChatterClient starting
    ChatterClient starting
    Client #0, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #0, message #0---, from address: /127.0.0.1, port: 56388
    Client #0, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #0, message #1---, from address: /127.0.0.1, port: 56388
    Client #0, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #0, message #2---, from address: /127.0.0.1, port: 56388
    Client #0, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #0, message #3---, from address: /127.0.0.1, port: 56388
    ChatterClient starting
    Client #1, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #1, message #0---, from address: /127.0.0.1, port: 56389
    Client #0, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #0, message #4---, from address: /127.0.0.1, port: 56388
    Client #1, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #1, message #1---, from address: /127.0.0.1, port: 56389
    ChatterClient starting
    Client #1, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #1, message #2---, from address: /127.0.0.1, port: 56389
    Client #1, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #1, message #3---, from address: /127.0.0.1, port: 56389
    ChatterClient starting
    Client #1, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #1, message #4---, from address: /127.0.0.1, port: 56389
    ChatterClient starting
    ChatterClient starting
    ChatterClient starting
    Client #2, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #2, message #0---, from address: /127.0.0.1, port: 56390
    Client #3, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #3, message #0---, from address: /127.0.0.1, port: 56391
    ChatterClient starting
    Client #2, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #2, message #1---, from address: /127.0.0.1, port: 56390
    Client #3, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #3, message #1---, from address: /127.0.0.1, port: 56391
    ChatterClient starting
    Client #2, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #2, message #2---, from address: /127.0.0.1, port: 56390
    Client #3, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #3, message #2---, from address: /127.0.0.1, port: 56391
    Client #4, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #4, message #0---, from address: /127.0.0.1, port: 56392
    Client #2, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #2, message #3---, from address: /127.0.0.1, port: 56390
    Client #3, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #3, message #3---, from address: /127.0.0.1, port: 56391
    Client #2, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #2, message #4---, from address: /127.0.0.1, port: 56390
    Client #5, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #5, message #0---, from address: /127.0.0.1, port: 56393
    Client #6, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #6, message #0---, from address: /127.0.0.1, port: 56394
    Client #5, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #5, message #1---, from address: /127.0.0.1, port: 56393
    Client #4, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #4, message #1---, from address: /127.0.0.1, port: 56392
    Client #3, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #3, message #4---, from address: /127.0.0.1, port: 56391
    Client #9, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #9, message #0---, from address: /127.0.0.1, port: 56397
    Client #5, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #5, message #2---, from address: /127.0.0.1, port: 56393
    Client #9, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #9, message #1---, from address: /127.0.0.1, port: 56397
    Client #6, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #6, message #1---, from address: /127.0.0.1, port: 56394
    Client #5, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #5, message #3---, from address: /127.0.0.1, port: 56393
    Client #4, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #4, message #2---, from address: /127.0.0.1, port: 56392
    Client #9, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #9, message #2---, from address: /127.0.0.1, port: 56397
    Client #7, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #7, message #0---, from address: /127.0.0.1, port: 56395
    Client #6, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #6, message #2---, from address: /127.0.0.1, port: 56394
    Client #5, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #5, message #4---, from address: /127.0.0.1, port: 56393
    Client #9, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #9, message #3---, from address: /127.0.0.1, port: 56397
    Client #7, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #7, message #1---, from address: /127.0.0.1, port: 56395
    Client #6, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #6, message #3---, from address: /127.0.0.1, port: 56394
    Client #9, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #9, message #4---, from address: /127.0.0.1, port: 56397
    Client #4, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #4, message #3---, from address: /127.0.0.1, port: 56392
    Client #8, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #8, message #0---, from address: /127.0.0.1, port: 56396
    Client #6, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #6, message #4---, from address: /127.0.0.1, port: 56394
    Client #7, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #7, message #2---, from address: /127.0.0.1, port: 56395
    Client #4, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #4, message #4---, from address: /127.0.0.1, port: 56392
    Client #7, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #7, message #3---, from address: /127.0.0.1, port: 56395
    Client #8, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #8, message #1---, from address: /127.0.0.1, port: 56396
    Client #7, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #7, message #4---, from address: /127.0.0.1, port: 56395
    Client #8, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #8, message #2---, from address: /127.0.0.1, port: 56396
    Client #8, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #8, message #3---, from address: /127.0.0.1, port: 56396
    Client #8, rcvd from /127.0.0.1, 8080: Echoed: ---Client #8, message #4---, from address: /127.0.0.1, port: 56396

    服务器端结果：

    Server started
    ---Client #0, message #0---, from address: /127.0.0.1, port: 56388
    ---Client #0, message #1---, from address: /127.0.0.1, port: 56388
    ---Client #0, message #2---, from address: /127.0.0.1, port: 56388
    ---Client #0, message #3---, from address: /127.0.0.1, port: 56388
    ---Client #1, message #0---, from address: /127.0.0.1, port: 56389
    ---Client #0, message #4---, from address: /127.0.0.1, port: 56388
    ---Client #1, message #1---, from address: /127.0.0.1, port: 56389
    ---Client #1, message #2---, from address: /127.0.0.1, port: 56389
    ---Client #1, message #3---, from address: /127.0.0.1, port: 56389
    ---Client #1, message #4---, from address: /127.0.0.1, port: 56389
    ---Client #4, message #0---, from address: /127.0.0.1, port: 56392
    ---Client #2, message #0---, from address: /127.0.0.1, port: 56390
    ---Client #3, message #0---, from address: /127.0.0.1, port: 56391
    ---Client #2, message #1---, from address: /127.0.0.1, port: 56390
    ---Client #3, message #1---, from address: /127.0.0.1, port: 56391
    ---Client #2, message #2---, from address: /127.0.0.1, port: 56390
    ---Client #3, message #2---, from address: /127.0.0.1, port: 56391
    ---Client #2, message #3---, from address: /127.0.0.1, port: 56390
    ---Client #3, message #3---, from address: /127.0.0.1, port: 56391
    ---Client #4, message #1---, from address: /127.0.0.1, port: 56392
    ---Client #2, message #4---, from address: /127.0.0.1, port: 56390
    ---Client #5, message #0---, from address: /127.0.0.1, port: 56393
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