Java利用UDP协议建立广播组通信【附通信源码】

时间:2022-07-25
本文章向大家介绍Java利用UDP协议建立广播组通信【附通信源码】，主要内容包括其使用实例、应用技巧、基本知识点总结和需要注意事项，具有一定的参考价值，需要的朋友可以参考一下。

UDP （用户数据报协议）是OSI(Open System Interconnection，开放式系统互联) 参考模型中一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务。

Hello！大家好！我是灰小猿。

之前和大家分享了使用TCP协议进行网络通信的过程，想了解的小伙伴可以看我的这篇文章《Java利用TCP协议实现客户端与服务器通信》，今天来和大家分享一下在Java网络编程开发中，使用UDP协议进行网络通信，

什么是UDP协议？

首先来了解一下什么是UDP协议。

UDP（即用户数据报协议）它是除了TCP协议以外的另一种网络信息传输的形式，我们知道TCP和UDP协议的不同点在于：

TCP协议是可靠而非安全的网络协议，它可以保证数据在从一端传输至另一端的时候可以准确的送达，并且送达的数据的排列顺序和送出时的顺序是相同的。

UDP协议的安全而非可靠的网络协议，基于UDP的信息传输快，但是不提供可靠的保证，

使用UDP协议进行数据传输时，用户无法知道数据能否到达主机，也不能确保到达目的地的顺序是否和发送的顺序相同，它就像是像一个广播站一样，将消息通过喇叭广播出去，然后人们可以听到这条消息，但是谁收了消息，谁没有收到消息，广播员是不知道的。即使如此，它也可以在较短时间内通知到听到消息的大部分人，所以说UDP协议是一种不可靠的协议，但是对于需要快速传输信息，并且能够容忍小的错误的通信，可以考虑使用UDP协议。

UDP协议数据传输原理

基于UDP通信的基本模式类似于“收发快递”的过程。

  • 将数据打包（称为数据包），然后将数据包发往目的地。
  • 接收别人发来的数据包，然后查看数据包。

发送数据包的过程如下：

  1. 使用DatagramSocket()创建一个数据包套接字，
  2. 使用DatagramPacket(byte[] buf,int offset,int length,InetAddress address,int port)创建要发送的数据包。
  3. 使用DatagramSocket类的send()方法发送数据包。

接收数据包的步骤如下：

  1. 使用DatagramSocket(int port)创建数据包套接字，并绑定到指定的端口
  2. 使用DatagramPocket(byte[] buf,int length)创建字节数组来接收数据包。
  3. 使用DatagramPacket类的receive()方法来接收UDP包，

在这里需要注意的一点是：DatagramPacket类的receive()方法开始接收数据时，如果还没有可以接收的数据，在正常情况下DatagramPacket类的receive()方法将会阻塞，一直等到网络上有数据传来，receive()方法接收该数据并返回，

如果网络上没有一个数据传来，receive()方法也没有阻塞，肯定是程序有问题，一般是使用了一个已经被占用的端口。

接下来分别说明一下在进行UDP协议传输时，常用的两个类：

DatagramPacket类

DatagramPacket类位于Java.net包下，用来表示数据包。

DatagramPacket类的构造函数有：

  • DatagramPocket(byte[] buf,int length)
  • DatagramPacket(byte[] buf,int offset,int length,InetAddress address,int port)

第一种构造函数用于接收数据包，它指定了数据包的内存空间和大小，可以形象的表示为接收快递的收件人，只需要获取到包裹就可以了。

第二种构造函数用于发送数据包，它不仅指定了数据包的内存空间和大小，还指定了数据包的目标地址和端口，在发送数据时必须指定接收方的Socket地址和端口号，使用第二种构造函数可以创建发送数据的DatagramPacket对象，因此第二种构造函数也可以理解为快递员，他不仅需要获取到要发送的快递包裹，还需要知道发送的地址（ip地址）和门牌号（端口号）。

DatagramSocket类

DatagramSocket类位于java.net包中，它用于表示接收和发送数据包的套接字，该类有以下的构造函数：

  • DatagramSocket()
  • DatagramSocket(int port)
  • DatagramSocket(int port,InetAddress addr)

第一种构造函数创建DatagramSocket对象，构造数据报套接字，并将其绑定到本地主机任何可用的端口上，

第二种构造函数创建DatagramSocket对象，创建数据报套接字，并将其绑定到本地主机的指定端口上，

第三种构造函数创建DatagramSocket对象，创建数据报套接字，并将其绑定到指定的本地地址上，这一种构造函数适用于有多块网卡和多个ip地址的情况。

在进行程序的接收时，必须指定一个端口号，不允许系统随机生成，此时可以使用第二种构造函数，就像你去发快递收货地址必须指定是一样的，在发送程序时通常使用第一种构造函数，不需要指定端口号，这就像发快递不管去哪一个快递公司都可以。

UDP协议网络通信客户端服务器程序

了解了UDP协议的基本通讯原理之后，就是UDP程序的编写过程了，我们以一个不断发送天气情况的程序为例，在服务器端不断发送天气情况，客户端通过接收窗口进行接收，并且实时显示接收到的信息。

服务器端程序

package 天气播报;

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.MulticastSocket;
import java.net.UnknownHostException;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;

public class Server extends Thread{
	int port = 9898; 	//定义端口
	InetAddress group;	//定义广播组地址
	MulticastSocket socket;	//多播数据包套接字
	
	public Server() {
		// TODO Auto-generated constructor stub
		//广播组地址范围：224.0.0.0~239.255.255.255
		try {
			group = InetAddress.getByName("224.255.10.0");	//指定广播组的地址
			socket = new MulticastSocket(port);	//实例化多播数据包的套接字
			socket.joinGroup(group);	//加入广播组
		} catch (UnknownHostException e) {
			// TODO Auto-generated catch block
			e.printStackTrace();
		} catch (IOException e) {
			// TODO Auto-generated catch block
			e.printStackTrace();
		}
	}
	
	
	@Override
	public void run() {
		while (true) {
		// TODO Auto-generated method stub
		DatagramPacket packet;		//创建一个数据包对象
		Date date = new Date();		//实例化时间类对象
		SimpleDateFormat sFormat = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss");	//规范化时间格式
		String massage = "[" + sFormat.format(date) + "]天气预报，当前天气：晴";	//将数据信息进行输出
		byte data[]= massage.getBytes();	
		packet = new DatagramPacket(data, data.length, group, port);	//创建数据包
		System.out.println(massage);
		try {
			socket.send(packet);	//将信息写入数据包
			Thread.sleep(1000);
		} catch (IOException e) {
			// TODO Auto-generated catch block
			e.printStackTrace();
		} catch (InterruptedException e) {
			// TODO Auto-generated catch block
			e.printStackTrace();
		}
		}
	}
	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
		Server server = new Server();
		server.start();		//调用底层方法开启线程
	}

}

客户端程序

package 客户端;

import java.awt.BorderLayout;
import java.awt.Color;
import java.awt.Font;
import java.awt.GridLayout;
import java.awt.event.ActionEvent;
import java.awt.event.ActionListener;
import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.Inet4Address;
import java.net.InetAddress;
import java.net.MulticastSocket;
import java.net.UnknownHostException;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;

import javax.swing.JButton;
import javax.swing.JFrame;
import javax.swing.JPanel;
import javax.swing.JScrollPane;
import javax.swing.JTextArea;
import javax.swing.WindowConstants;




public class Client extends JFrame implements Runnable,ActionListener{
	JButton startReceive = new JButton("开始接收");	//定义开始接收按钮
	JButton stopReceive = new JButton("停止接收");	//定义停止接收按钮
	JTextArea startTextArea = new JTextArea(10,10);		//定义开始接收后显示的文本框
	JTextArea stopTestArea = new JTextArea(10,10);		//定义显示接收到的信息
	Font font = new Font("楷体", 20, 20);	//定义显示字体风格
	Thread thread;		//创建线程对象
	boolean getMessage = true;	//是否接收广播
	
	
	int port = 9898;	//创建端口
	InetAddress group;		//创建广播组地址
	MulticastSocket socket;		//创建多播数据包套接字
	
	//构造方法
	public Client() {
		super("数据报接收");
		setDefaultCloseOperation(WindowConstants.EXIT_ON_CLOSE);	//设置窗体关闭方式
		
		//设置两个按钮的字体风格
		startReceive.setFont(font);		
		stopReceive.setFont(font);
		JPanel upJPanel = new JPanel();		//新建一个面板放置按钮
		upJPanel.add(startReceive);
		upJPanel.add(stopReceive);
		add(upJPanel, BorderLayout.NORTH);	//将放置按钮的面板添加到窗体中,并且放置在窗体的上部
		
		thread = new Thread(this);	//构造函数中建立线程
		startReceive.addActionListener(this);	//为开始接收按钮添加监听
		stopReceive.addActionListener(this);	//为停止接收按钮添加监听
		
		
		JPanel textJPanel = new JPanel();	//新建一个面板放置显示接收信息
		textJPanel.setLayout(new GridLayout(1,2));	//设置面板布局为一行两列
		startTextArea.setForeground(Color.red);		//设置显示的文字颜色
		stopTestArea.setForeground(Color.blue);	
		textJPanel.add(startTextArea);		//将显示文本框添加至面板
		textJPanel.add(stopTestArea);	//将接收信息的文本框添加到面板
		
		final JScrollPane scrollPane = new JScrollPane();		//设置滚动条	final表示设置为不可变的，内部调用
		textJPanel.add(scrollPane);
		
		
		
		scrollPane.setViewportView(stopTestArea);	//为文本框添加滚动条
		add(textJPanel, BorderLayout.CENTER);	//将放置文本框的面板添加到窗体	并置于中间部分
				
		setBounds(100, 100, 500, 450);	//设置窗口布局
		setVisible(true);	//设置窗口可见
		
		
		try {
			group = Inet4Address.getByName("224.255.10.0");		//指定广播组地址
			socket = new MulticastSocket(port);		//实例化多播数据包套接字
			socket.joinGroup(group);	//将地址加入广播组
		} catch (UnknownHostException e) {
			// TODO Auto-generated catch block
			e.printStackTrace();
		} catch (IOException e) {
			// TODO Auto-generated catch block
			e.printStackTrace();
		}	
		
	}
	
	@Override
	public void actionPerformed(ActionEvent e) {
		// TODO Auto-generated method stub
		
		//如果当前点击的按钮是开始接收按钮
		if (e.getSource() == startReceive) {
			startReceive.setBackground(Color.yellow);	//设置开始接收按钮的颜色为黄色
			stopReceive.setBackground(Color.red);	//设置停止接受按钮的颜色为红色
			//如果当前线程不是一个开启状态
			if (!thread.isAlive()) {
				thread = new Thread(this);	//新建一个线程对象
				getMessage = true;
			}
			thread.start();
		}
		
		//如果点击的是停止接受的按钮
		if (e.getSource() == stopReceive) {
			startReceive.setBackground(Color.red);	//设置开始接收按钮的颜色为红色
			stopReceive.setBackground(Color.yellow);	//设置停止接受按钮的颜色为黄色
			getMessage = false;
		}
	}

	@Override
	public void run() {
		// TODO Auto-generated method stub
		while (getMessage) {
			DatagramPacket packet;		//创建接收数据包
			byte data[] = new byte[1024];
			packet = new DatagramPacket(data, data.length, group, port);	//获取接收到的信息
			
			try {
				socket.receive(packet);		//读取数据包
				String message = new String(packet.getData(),0,packet.getLength()); 	//将数据包中的内容转化为字符串
				
				startTextArea.setText("正在接收内容：" + message);
				stopTestArea.append(message + "n");	//将接收到的信息添加到接收框
				
			} catch (IOException e) {
				// TODO Auto-generated catch block
				e.printStackTrace();
			}
		}
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		Client client = new Client();
	}
}

在打开服务器发送消息后，打开客户端的窗体进行接收并实时显示，效果如下：

在这里需要注意一点：发送广播和接收广播的地址必须位于同一个组内，地址范围为：224.0.0.0～224.255.255.255，该地址并不代表某个特定主机的位置，加入到同一个组的主机可以在某个端口上广播信息，也可以在某个端口上接收信息。

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