如何创建 Java UDP Socket

1. 前言

UDP 的英文全称是：User Datagram Protocol，翻译成中文叫用户数据报协议，它是 TCP/IP 协议族中一个非常重要的传输层协议。UDP 是一个无连接的、不可靠的传输层协议，没有丢包重传机制、没有流控机制、没有拥塞控制机制。UDP 不保证数据包的顺序，UDP 传输经常出现乱序，UDP 不对重复包进行过滤。

既然 UDP 这么多缺点，我们还有学习的必要吗？其实不然，正是因为 UDP 没有提供复杂的各种保障机制，才使得它具有实时、高效的传输特性。那么 UDP 到底有哪些优势呢？

第一，UDP 是面向消息的传输协议，保证数据包的边界，不需要进行消息解析，处理逻辑非常简单。
第二，UDP 具有实时、高效的传输特性。
第三，协议栈没有对 UDP 进行过多的干预，这给应用层带来了很多便利，应用程序可以根据自己的需要对传输进行控制。比如，自己实现优先级控制、流量控制、可靠性机制等。当然还有其他一些优势，我就不再一一列举。

UDP 在音视频会议、VOIP、音视频实时通信等行业有着广泛的应用。为此，我们是非常有必要学好 UDP 的。由于 UDP 相对简单，学习起来也会轻松很多。

2. 传统 UDP 客户端和服务器建立过程

同样，我们展示了通过 C 语言 Socket API 编写 UDP 客户端和服务器程序的步骤，如下：

图片描述

图中的矩形方框都是 C 函数。对比 TCP 客户端、服务器的建立过程，我们发现 UDP 客户端可以调用 connect 函数，但是并不会去连接服务器，只是和本地接口做绑定；UDP 服务器是没有 listen 和 accept 调用的。对于 UDP 客户端来说，connect 函数的调用是可选的。接下来，我们就探讨一下如何用 Java 语言编写 UDP 客户端和服务器程序。

3. Java DatagramSocket 分析

Java 语言抽象了 java.net.DatagramSocket 类，表示一个 UDP Socket，既可以用在客户端，又可以用在服务器端。java.net.DatagramSocket 是一个包装类，对外抽象了一组方法，具体实现是在 java.net.DatagramSocketImpl 类中完成的，它允许用户自定义具体实现。java.net.DatagramSocket 类包含的主要功能如下：

创建 UDP Socket，具体就是创建一个 java.net.DatagramSocket 类的对象。
将 Socket 绑定到本地接口 IP 地址或者端口，可以调用 java.net.DatagramSocket 类的构造方法或 bind 方法完成。
将客户端 UDP Socket 和远端 Socket 做绑定，可以通过 java.net.DatagramSocket 类的 connect 方法完成。

提示：
UDP 客户端调用 connect 方法，仅仅是将本地 Socket 和远端 Socket 做绑定，并不会有类似 TCP 三次握手的过程。

关闭连接，可以调用 java.net.DatagramSocket 类的 close 方法完成。
接收数据，可以通过 java.net.DatagramSocket 类的 receive 方法实现数据接收。
发送数据，可以通过 java.net.DatagramSocket 类的 send 方法实现数据发送。

java.net.Socket 类提供了一组重载的构造方法，方便程序员选择，大体分为四类：

无参

public DatagramSocket() throws SocketException

绑定到任意可用的端口和通配符 IP 地址，比如 IPv4 的 0.0.0.0。一般用作 UDP 客户端 Socket 的创建。

传入 port 参数

public DatagramSocket(int port) throws SocketException

绑定到由 port 指定的端口和通配符 IP 地址，比如 IPv4 的 0.0.0.0。一般用作 UDP 服务端 Socket 的创建。

传入指定的 IP 和 Port 参数

public DatagramSocket(SocketAddress bindaddr) throws SocketException
public DatagramSocket(int port, InetAddress laddr) throws SocketException

绑定到指定的端口和指定的网络接口。如果你的主机有多个网卡，并且你指向在某个指定的网卡上收发数据，可以用此构造方法。既可以用作 UDP 客户端 Socket，也可以用作 UDP 服务端 Socket。

4. Java UDP 客户端

我们创建一个简单的 UDP 客户端程序，代码如下：

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.net.SocketAddress;

public class UDPClient {
    private static final int PORT = 9002;
    private static final String DST_HOST = "127.0.0.1";
    private static final int RECV_BUFF_LEN = 1500;
    private static byte[] inBuff = new byte[RECV_BUFF_LEN];

    public static void main(String[] args) {
        // 创建 UDP 客户端 Socket，选择无参构造方法，由系统分配本地端口号和网络接口
        try (DatagramSocket udpClient = new DatagramSocket()){
            // 构造发送的目标地址，指定目标 IP 和目标端口号
            SocketAddress to = new InetSocketAddress(DST_HOST, PORT);
            while (true){
                String req = "Hello Server!";
                // 构造发送数据包，需要传入消息内容和目标地址结构 SocketAddress
                DatagramPacket message = new DatagramPacket(req.getBytes(), req.length(), to);
                // 发送消息
                udpClient.send(message);
                System.out.println("Send UDP message:"
                        + req + " to server:" + message.getSocketAddress().toString());

                // 构造接收消息的数据包，需要传入 byte 数组
                DatagramPacket inMessage = new DatagramPacket(inBuff, inBuff.length);
                // 接收消息
                udpClient.receive(inMessage);

                System.out.println("Recv UDP message:"
                        + new String(inMessage.getData(), 0, inMessage.getLength())
                        + " from server:" + inMessage.getSocketAddress().toString());

                // 每隔 2 秒发送一次消息
                try {
                    Thread.sleep(2000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

5. Java UDP 服务端

我们创建一个简单的 UDP 服务端程序，代码如下：

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

public class UDPServer {
    private static final int BIND_PORT = 9002;
    private static final String BIND_HOST = "127.0.0.1";
    private static final int RECV_BUFF_LEN = 1500;
    private static byte[] inBuff = new byte[RECV_BUFF_LEN];

    public static void main(String[] args) {
        // 构造服务器 Socket，绑定到一个固定的端口，监听的 IP 是 0.0.0.0
        try (DatagramSocket udpServer = new DatagramSocket(BIND_PORT)) {
            // 构造接收消息的数据包，需要传入 byte 数组。
            // 我们将这条语句放在循环外，不需要每次消息收发都构造此结构
            DatagramPacket inMessage = new DatagramPacket(inBuff, inBuff.length);
            while (true){
                // 接收客户端消息
                udpServer.receive(inMessage);
                System.out.println("Recv UDP message:"
                        + new String(inMessage.getData(), 0, inMessage.getLength())
                        + " from Client:"
                        + inMessage.getSocketAddress().toString());

                String rsp = "Hello Client!";
                // 构造发送的消息结构
                // 注意！！！对于服务器来说，发送的目标地址一定是接收消息时的源地址，所以从 inMessage 结构获取
                DatagramPacket message = new DatagramPacket(rsp.getBytes(), rsp.length(),
                        inMessage.getSocketAddress());
                // 发送消息
                udpServer.send(message);
                System.out.println("Send UDP message:"
                        + rsp + " to Client:" + message.getSocketAddress().toString());
                // 重置接收数据包消息长度，准备接收下一个消息
                inMessage.setLength(inBuff.length);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

6. 小结

用 Java 语言编写 UDP 客户端和服务器程序非常简单，你只需要创建一个 java.net.DatagramSocket 实例。如果你构造的是服务器 Socket，需要传入监听的端口号，监听的接口 IP 是可选的，默认是监听通配符 IP。如果你创建的是客户端 Socket，你可以传入绑定的本地 Port 和接口地址，也可以不传入任何参数。对于客户端 UDP Socket 来说，你也可以调用 connect 方法，只是和远端 Socket 绑定，没有类似 TCP 的三次握手过程。

示例代码我们采用的是 try-with-resources 写法，对于 Java 7 以后的版本，可以不显式调用 close 方法。如果是非此写法，需要显式调用 close 方法。

如何创建 Java UDP Socket

1. 前言​

2. 传统 UDP 客户端和服务器建立过程​

3. Java DatagramSocket 分析​

4. Java UDP 客户端​

5. Java UDP 服务端​