《Android智能穿戴设备开发指南》——第6章，第6.3节使用UDP协议传递数据-低调大师

《Android智能穿戴设备开发指南》——第6章，第6.3节使用UDP协议传递数据

2017-05-01 584

本节书摘来自异步社区《Android智能穿戴设备开发指南》一书中的第6章，第6.3节使用UDP协议传递数据，作者王长青，更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看

6.3 使用UDP协议传递数据
Android智能穿戴设备开发指南
Java为我们提供了DatagramSocket对象作为基于UDP协议的Socket，可以使用DatagramPacket代表DatagramSocket发送或接收的数据报。本节将详细讲解使用UDP协议传递数据的内容。

6.3.1　使用DatagramSocket进行数据交互
DatagramSocket本身只是码头，不能产生I/O流，其唯一的功能是接收和发送数据报。Java语言使用DatagramPacket代表数据报，DatagramSocket的接收和发送数据功能都是通过DatagramPacket对象实现的。

DatagramSocket中有如下3个构造器。

① DatagramSocket()。负责创建一个DatagramSocket实例，并将该对象绑定到本机默认IP地址、本机所有可用端口中随机选择的某个端口。

② DatagramSocket(int prot)。负责创建一个DatagramSocket实例，并将该对象绑定到本机默认IP地址、指定端口。

③ DatagramSocket(int port, InetAddress laddr)。负责创建一个DatagramSocket实例，并将该对象绑定到指定IP地址、指定端口。

在Java程序中，通过上述任意一个构造器即可创建一个DatagramSocket实例。在创建服务器时必须创建指定端口的DatagramSocket实例，目的是保证其他客户端可以将数据发送到该服务器。一旦得到了DatagramSocket实例，就可以通过下面的两个方法接收和发送数据。

① receive(DatagramPacket p)。从该DatagramSocket对象接收数据报。

② send(DatagramPacket p)。从该DatagramSocket对象向外发送数据报。

在使用DatagramSocket发送数据报时，DatagramSocket并不知道将该数据报发送到哪里，而是由DatagramPacket自身决定数据报的目的地。就像码头并不知道每个集装箱的目的地，码头只是将这些集装箱发送出去，而集装箱本身包含了自身的目的地。

当Client/Server程序使用UDP协议时，实际上并没有明显的服务器和客户端，因为两方都需要先建立一个DatagramSocket对象，用来接收或发送数据报，然后使用DatagramPacket对象作为传输数据的载体。通常固定IP、固定端口的DatagramSocket对象所在的程序被称为服务器，因为该DatagramSocket可以主动接收客户端数据。

DatagramPacket中包含如下常用的构造器。

① DatagramPacket(byte buf[],int length)。以一个空数组来创建DatagramPacket对象，该对象的作用是接收DatagramSocket中的数据。

② DatagramPacket(byte buf[], int length, InetAddress addr, int port)。以一个包含数据的数组来创建DatagramPacket对象，创建该DatagramPacket时还指定了IP地址和端口——这就决定了该数据报的目的地。

③ DatagramPacket(byte[] buf, int offset, int length)。以一个空数组来创建DatagramPacket对象，并指定接收到的数据放入buf数组时从offset开始，最多放length个字节。

④ DatagramPacket(byte[] buf, int offset, int length, InetAddress address, int port)。创建一个用于发送的DatagramPacket对象，也多指定了一个offset参数。

在接收数据前，应该采用上面的第一个或第三个构造器生成一个DatagramPacket对象，给出接收数据的字节数组及其长度。然后调用DatagramSocket中的receive()方法等待数据报的到来，此方法将一直等待（也就是说会阻塞调用该方法的线程），直到收到一个数据报为止。例如下面的代码。

//创建接收数据的DatagramPacket对象
DatagramPacket packet=new DatagramPacket(buf, 256);
//接收数据
socket.receive(packet);
在发送数据之前，调用第二个或第四个构造器创建DatagramPacket对象，此时的字节数组里存放了想发送的数据。除此之外，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send()方法实现的，send()方法根据数据报的目的地址来寻径以传递数据报。例如下面的代码。

//创建一个发送数据的DatagramPacket对象
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buf, length, address, port);
//发送数据报
socket.send(packet);
接着DatagramPacket为我们提供了getData()方法，此方法可以返回DatagramPacket对象中封装的字节数组。

当服务器（也可以客户端）接收到一个DatagramPacket对象后，如果想向该数据报的发送者“反馈”一些信息，但由于UDP是面向非连接的，所以接收者并不知道每个数据报由谁发送过来，但程序可以调用DatagramPacket的如下3个方法来获取发送者的IP和端口信息。

① InetAddress getAddress()。返回某台机器的IP地址，当程序准备发送此数据报时，该方法返回此数据报的目标机器的IP地址；当程序刚刚接收到一个数据报时，该方法返回该数据报的发送主机的IP地址。

② int getPort()。返回某台机器的端口，当程序准备发送此数据报时，该方法返回此数据报的目标机器的端口；当程序刚刚接收到一个数据报时，该方法返回该数据报的发送主机的端口。

③ SocketAddress getSocketAddress()。返回完整SocketAddress，通常由IP地址和端口组成。当程序准备发送此数据报时，该方法返回此数据报的目标SocketAddress；当程序刚刚接收到一个数据报时，该方法返回该数据报是源SocketAddress。

上述getSocketAddress方法的返回值是一个SocketAddress对象，该对象实际上就是一个IP地址和一个端口号，也就是说SocketAddress对象封装了一个InetAddress对象和一个代表端口的整数，所以使用SocketAddress对象可以同时代表IP地址和端口。

下面是一段实现UDP协议的服务器端代码。

源码路径：daima\6\tcpudp\src\UdpServer.java。

public class UdpServer
{
　　public static final int PORT = 30000;
　　//定义每个数据报的最大大小为4K
　　private static final int DATA_LEN = 4096;
　　//定义该服务器使用的DatagramSocket
　　private DatagramSocket socket = null;
　　//定义接收网络数据的字节数组
　　byte[] inBuff = new byte[DATA_LEN];
　　//以指定字节数组创建准备接收数据的DatagramPacket对象
　　private DatagramPacket inPacket = 
　　　　new DatagramPacket(inBuff , inBuff.length);
　　//定义一个用于发送的DatagramPacket对象
　　private DatagramPacket outPacket;
　　//定义一个字符串数组，服务器发送该数组的的元素
　　String[] books = new String[]
　　{
　　　　"AAA",
　　　　"BBB",
　　　　"CCC",
　　　　"DDD"
　　};
　　public void init()throws IOException
　　{
　　　　try
　　　　{
　　　　　　//创建DatagramSocket对象
　　　　　　socket = new DatagramSocket(PORT);
　　　　　　//采用循环接收数据
　　　　　　for (int i = 0; i < 1000 ; i++ )
　　　　　　{
　　　　　　　　//读取Socket中的数据，读到的数据放在inPacket所封装的字节数组里
　　　　　　　　socket.receive(inPacket);
　　　　　　　　//判断inPacket.getData()和inBuff是否是同一个数组
　　　　　　　　System.out.println(inBuff == inPacket.getData());
　　　　　　　　//将接收到的内容转成字符串后输出
　　　　　　　　System.out.println(new String(inBuff ,
　　　　　　　　　　0 , inPacket.getLength()));
　　　　　　　　//从字符串数组中取出一个元素作为发送的数据
　　　　　　　　byte[] sendData = books[i % 4].getBytes();
　　　　　　　　//以指定字节数组作为发送数据、以刚接收到的DatagramPacket的
　　　　　　　　//源SocketAddress作为目标SocketAddress创建DatagramPacket。
　　　　　　　　outPacket = new DatagramPacket(sendData ,
　　　　　　　　　　sendData.length , inPacket.getSocketAddress());
　　　　　　　　//发送数据
　　　　　　　　socket.send(outPacket);　　
　　　　　　}
　　　　}
　　　　//使用finally块保证关闭资源
　　　　finally
　　　　{
　　　　　　if (socket != null)
　　　　　　{
　　　　　　　　socket.close();
　　　　　　}
　　　　}
　　}
　　public static void main(String[] args) 
　　　　throws IOException
　　{
　　　　new UdpServer().init();
　　}
}

上述代码使用DatagramSocket实现了Server/Client结构的网络通信程序，其中服务器端使用循环1 000次来读取DatagramSocket中的数据报，每当读到内容之后便向该数据报的发送者送回一条信息。

接下来看客户端的实现代码，客户端代码与服务器端类似，也是采用循环不断地读取用户键盘输入，每当读到用户输入内容后就将该内容封装成DatagramPacket数据报，再将该数据报发送出去。然后把DatagramSocket中的数据读入接收用的DatagramPacket中（实际上是读入该DatagramPacket所封装的字节数组中）。下面是一段实现UDP协议的客户端代码。

源码路径：daima\6\tcpudp\src\UdpClient.java。

public class UdpClient{
　　//定义发送数据报的目的地
　　public static final int DEST_PORT = 30000;
　　public static final String DEST_IP = "127.0.0.1";
　　//定义每个数据报的最大大小为4KB
　　private static final int DATA_LEN = 4096;
　　//定义该客户端使用的DatagramSocket
　　private DatagramSocket socket = null;
　　//定义接收网络数据的字节数组
　　byte[] inBuff = new byte[DATA_LEN];
　　//以指定字节数组创建准备接收数据的DatagramPacket对象
　　private DatagramPacket inPacket = 
　　　　new DatagramPacket(inBuff , inBuff.length);
　　//定义一个用于发送的DatagramPacket对象
　　private DatagramPacket outPacket = null;
　　public void init()throws IOException{
　　　　try
　　　　{
　　　　　　//创建一个客户端DatagramSocket，使用随机端口
　　　　　　socket = new DatagramSocket();
　　　　　　//初始化发送用的DatagramSocket，它包含一个长度为0的字节数组
　　　　　　outPacket = new DatagramPacket(new byte[0] , 0 ,
　　　　　　　　InetAddress.getByName(DEST_IP) , DEST_PORT);
　　　　　　//创建键盘输入流
　　　　　　Scanner scan = new Scanner(System.in);
　　　　　　//不断读取键盘输入
　　　　　　while(scan.hasNextLine())
　　　　　　{
　　　　　　　　//将键盘输入的一行字符串转换字节数组
　　　　　　　　byte[] buff = scan.nextLine().getBytes();
　　　　　　　　//设置发送用的DatagramPacket里的字节数据
　　　　　　　　outPacket.setData(buff);
　　　　　　　　//发送数据报
　　　　　　　　socket.send(outPacket);
　　　　　　　　//读取Socket中的数据，读到的数据放在inPacket所封装的字节数组里。
　　　　　　　　socket.receive(inPacket);
　　　　　　　　System.out.println(new String(inBuff , 0 , 
　　　　　　　　　　inPacket.getLength()));
　　　　　　}
　　　　}
　　　　//使用finally块保证关闭资源
　　　　finally
　　　　{
　　　　　　if (socket != null)
　　　　　　{
　　　　　　　　socket.close();
　　　　　　}
　　　　}
　　}
　　public static void main(String[] args) 
　　　　throws IOException
　　{
　　　　new UdpClient().init();
　　}
}

上述代码通过DatagramSocket实现了发送并接收DatagramPacket的功能，具体实现与服务器的实现代码基本相似。而客户端与服务器端的唯一区别是服务器所在IP地址和端口是固定的，所以客户端可以直接将该数据报发送给服务器，而服务器需要根据接收到的数据报决定将“反馈”数据报的目的地。

6.3.2　使用MulticastSocket
DatagramSocket只允许将数据报发送给指定的目标地址，而MulticastSocket可以将数据报以广播地方式发送到数量不等的多个客户端。如果要使用多点广播，需要让一个数据报标有一组目标主机地址，当发出数据报后，整个组的所有主机都能收到该数据报。IP多点广播（或多点发送）实现可以将单一信息发送到多个接收者，功能是设置一组特殊网络地址作为多点广播地址，每一个多点广播地址都被看成一个组，当客户端需要发送、接收广播信息时，只需加入到该组即可。

IP协议为多点广播提供了这些特殊的IP地址，这些IP地址的范围是226.0.0.0至236.255.255.255。

类MulticastSocket既可以将数据报发送到多点广播地址，也可以接收其他主机的广播信息。类MulticastSocket是DatagramSocket类的一个子类，当要发送一个数据报时，可使用随机端口创建MulticastSocket，也可以在指定端口创建MulticastSocket。

在类MulticastSocket中提供了如下3个构造器。

① public MulticastSocket()。使用本机默认地址、随机端口来创建一个MulticastSocket对象。

② public MulticastSocket(int portNumber)。使用本机默认地址、指定端口来创建一个MulticastSocket对象。

③ public MulticastSocket(SocketAddress bindaddr)。使用本机指定IP地址、指定端口来创建一个MulticastSocket对象。

在创建一个MulticastSocket对象后，需要将该MulticastSocket加入到指定的多点广播地址。在MulticastSocket中使用方法jionGroup()加入到一个指定的组，使用方法leaveGroup()从一个组中脱离出去。这两个方法的具体说明如下。

① joinGroup(InetAddress multicastAddr)：将该MulticastSocket加入指定的多点广播地址。

② leaveGroup(InetAddress multicastAddr)：让该MulticastSocket离开指定的多点广播地址。

在某些系统中可能有多个网络接口，这可能会对多点广播带来问题，此时程序需要在一个指定的网络接口上监听，通过调用setInterface可选择MulticastSocket所使用的网络接口，也可以使用getInterface方法查询MulticastSocket监听的网络接口。

如果创建只发送数据报的MulticastSocket对象，只需使用默认地址和随机端口即可。如果创建接收用的MulticastSocket对象，则该MulticastSocket对象必须具有指定端口，否则发送方无法确定发送数据报的目标端口。

虽然MulticastSocket实现发送/接收数据报的方法与DatagramSocket的完全一样，但是MulticastSocket比DatagramSocket多了下面的方法。

setTimeToLive(int ttl)
参数“ttl”设置数据报最多可以跨过多少个网络，具体说明如下。

① 为0时：指定数据报应停留在本地主机。

② 为1时：指定数据报发送到本地局域网。

③ 为32时：只能发送到本站点的网络上。

④ 为64时：数据报应保留在本地区。

⑤ 为128时：数据报应保留在本大洲。

⑥ 为255时：数据报可发送到所有地方。

⑦ 为1时：是默认值。

在使用MulticastSocket实现多点广播时，所有通信实体都是平等的，都将自己的数据报发送到多点广播IP地址，并使用MulticastSocket接收其他人发送的广播数据报。例如，在下面的代码中，使用MulticastSocket实现了一个基于广播的多人聊天室，程序只需要一个MulticastSocket，两条线程，其中MulticastSocket既用于发送，也用于接收，其中一条线程分别负责接收用户键盘输入，并向MulticastSocket发送数据，另一条线程则负责从MulticastSocket中读取数据。

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