think in java 读书笔记 3 —— 数据报

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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：

package com.xingle_test.datagram;

import java.net.DatagramPacket;
import java.net.InetAddress;

/**
 * @ClassName: Dgram
 * @Description: 从一个String 里创建DatagramPacket 的工作（或者从DatagramPacket 里创建String）
 * @author xingle
 * @date 2014年7月25日 下午11:05:03
 */
public class Dgram {
    public static DatagramPacket toDatagram(String s, InetAddress destIA,
            int destPort) {

        byte[] buf = s.getBytes();
        return new DatagramPacket(buf, buf.length, destIA, destPort);
    }

    public static String toString(DatagramPacket p) {

        return new String(p.getData(), 0, p.getLength());
    }
}

数据报演示的服务器代码：

package com.xingle_test.datagram;

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

import java.net.SocketException;

/**
 * 数据报 服务器端
 * 
 * @ClassName: ChatterServer 
 * @author Xingle
 * @date 2014-7-23 下午3:42:09
 */
public class ChatterServer {
 
    static final int INPORT = 8080;
    private byte[] buf = new byte[1000];
    private DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buf, buf.length);
    // Can listen & send on the same socket:
    private DatagramSocket socket;

    public ChatterServer() {
        try {
            socket = new DatagramSocket(INPORT);
            System.out.println("Server started");
            while (true) {
                // Block until a datagram appears:
                socket.receive(dp);
                String rcvd = Dgram.toString(dp) + ", from address: "
                        + dp.getAddress() + ", port: " + dp.getPort();
                System.out.println(rcvd);
                String echoString = "Echoed: " + rcvd;
                // Extract the address and port from the
                // received datagram to find out where to
                // send it back:
                DatagramPacket echo = Dgram.toDatagram(echoString,
                        dp.getAddress(), dp.getPort());
                socket.send(echo);
            }
        } catch (SocketException e) {
            System.err.println("Can't open socket");
            System.exit(1);
        } catch (IOException e) {
            System.err.println("Communication error");
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        new ChatterServer();
    }

}

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：

package com.xingle_test.datagram;

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.SocketException;
import java.net.UnknownHostException;

/**
 * 客户端（线程）
 * @ClassName: ChatterClient 
 * @author Xingle
 * @date 2014-7-25 下午5:22:52
 */
public class ChatterClient extends Thread {

    private DatagramSocket s;
    private InetAddress hostAddress;
    private byte[] buf = new byte[1000];
    private DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buf, buf.length);
    private int id;

    public ChatterClient(int identifier) {
        id = identifier;
        try {
            // Auto-assign port number:
            s = new DatagramSocket();
            hostAddress = InetAddress.getByName("localhost");
        } catch (UnknownHostException e) {
            System.err.println("Cannot find host");
            System.exit(1);
        } catch (SocketException e) {
            System.err.println("Can't open socket");
            e.printStackTrace();
            System.exit(1);
        }
        System.out.println("ChatterClient starting");
    }

    public void run() {
        try {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                String outMessage = "---Client #" + id + ", message #" + i+"---";
                // Make and send a datagram:
                s.send(Dgram.toDatagram(outMessage, hostAddress,
                        ChatterServer.INPORT));
                // Block until it echoes back:
                s.receive(dp);
                // Print out the echoed contents:
                String rcvd = "Client #" + id + ", rcvd from "
                        + dp.getAddress() + ", " + dp.getPort() + ": "
                        + Dgram.toString(dp);
                System.out.println(rcvd);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            System.exit(1);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 10; i++)
            new ChatterClient(i).start();
    }

}

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
---Client #6, message #0---, from address: /127.0.0.1, port: 56394
---Client #9, message #0---, from address: /127.0.0.1, port: 56397
---Client #3, message #4---, from address: /127.0.0.1, port: 56391
---Client #5, message #1---, from address: /127.0.0.1, port: 56393
---Client #5, message #2---, from address: /127.0.0.1, port: 56393
---Client #4, message #2---, from address: /127.0.0.1, port: 56392
---Client #9, message #1---, from address: /127.0.0.1, port: 56397
---Client #6, message #1---, from address: /127.0.0.1, port: 56394
---Client #5, message #3---, from address: /127.0.0.1, port: 56393
---Client #7, message #0---, from address: /127.0.0.1, port: 56395
---Client #9, message #2---, from address: /127.0.0.1, port: 56397
---Client #6, message #2---, from address: /127.0.0.1, port: 56394
---Client #5, message #4---, from address: /127.0.0.1, port: 56393
---Client #4, message #3---, from address: /127.0.0.1, port: 56392
---Client #9, message #3---, from address: /127.0.0.1, port: 56397
---Client #7, message #1---, from address: /127.0.0.1, port: 56395
---Client #8, message #0---, from address: /127.0.0.1, port: 56396
---Client #6, message #3---, from address: /127.0.0.1, port: 56394
---Client #9, message #4---, from address: /127.0.0.1, port: 56397
---Client #7, message #2---, from address: /127.0.0.1, port: 56395
---Client #6, message #4---, from address: /127.0.0.1, port: 56394
---Client #4, message #4---, from address: /127.0.0.1, port: 56392
---Client #7, message #3---, from address: /127.0.0.1, port: 56395
---Client #8, message #1---, from address: /127.0.0.1, port: 56396
---Client #7, message #4---, from address: /127.0.0.1, port: 56395
---Client #8, message #2---, from address: /127.0.0.1, port: 56396
---Client #8, message #3---, from address: /127.0.0.1, port: 56396
---Client #8, message #4---, from address: /127.0.0.1, port: 56396