UDP程序

用户数据报协议(UDP)是网络信息传输的另一种形式。基于 UDP 的通信和基于 TCP 的通信不同,基于 UDP 的信息传递更快,但不提供可靠性保证。使用 UDP 传递数据时,用户无法知道数据能否正确地到达主机,也不能确定到达目的地的顺序是否和发送的顺序相同。虽然 UDP 是一种不可靠的协议,但如果需要较快地传输信息,并能容忍小的错误,可以考虑使用 UDP。

基于 UDP 通信的基本模式如下:

  • 将数据进行打包(被称为数据包),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。

发送数据包的步骤如下:

  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,绑定到指定的端口上。

  2. 使用 DatagramPacket(byte[] buf, int length) 创建字节数组来接收数据包。

  3. 使用 DatagramPacket 类的 receive() 方法接收 UDP 包。

DatagramSocket 类的 receive() 方法接收数据时,如果还没有可以接收的数据,那么在正常情况下 receive() 方法将阻塞,一直等到网络上有数据传来,receive() 方法接收该数据并返回。如果网络上没有数据发送过来,receive() 方法也没有阻塞,那么肯定是程序有问题,大多数情况下是因为使用了一个被其他程序占用的端口号。

DatagramPacket类

java.net 包的 DatagramPacket 类用来表示数据包。DatagramPacket 类的构造方法如下:

  • DatagramPacket(byte[] buf, int length)。

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

第一种构造方法在创建 DatagramPacket 对象时,指定了数据包的内存空间和大小。第二种构造方法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,因此使用第二种构造方法可创建发送数据的 DatagramPacket 对象。

DatagramSocket类

java.net 包中的 DatagramSocket 类用于表示发送和接收数据包的套接字。该类的构造方法如下:

  • DatagramSocket()。

  • DatagramSocket(int port)。

  • DatagramSocket(int port, InetAddress addr)。

第一种构造方法创建 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。第二种构造方法创建 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。第三种构造方法创建 DatagramSocket 对象,创建数据报套接字,并将其绑定到指定的端口和指定的本地地址上,这种构造方法适用于有多块网卡和多个IP地址的情况。

如果接收数据时必须指定一个端口号,不允许系统随机产生,此时可以使用第二种构造方法。比如有个朋友要你给他写信,那他的地址就必须确定,不确定是不行的。在发送数据时通常使用第一种构造方法,不指定端口号,而是由系统为我们分配一个端口号,就像寄信不需要到指定的邮局去寄一样。

UDP网络程序设计

根据前面所讲的网络编程的基本知识以及 UDP 网络编程的特点,下面创建一个广播数据报程序。广播数据报是一项较新的技术,其原理类似于广播电台。广播电台需要在指定的波段和频率上广播信息,收听者也要将收音机调到指定的波段、频率,才可以收听广播内容。

【例22.3】创建UDP协议广播电台程序(实例位置:资源包\TM\sl\22\3)

主机不断地重复播出节目预报,使加入同一组内的主机随时可接收到广播信息。接收者将正在接收的信息放在一个文本域中,并将已接收到的所有信息存储在另一个文本域中。

(1)广播主机程序不断地向外播出信息,代码如下:

import java.io.IOException;
import java.net.*;

public class Notification extends Thread {
	String weather = "节目预报:八点有大型晚会,请收听";// 发送的消息
	int port = 9898; // 端口
	InetAddress iaddress = null;
	MulticastSocket socket = null; // 多点广播套接字

	Notification() {
		try {
			iaddress = InetAddress.getByName("224.255.10.0"); // 实例化InetAddress,指定地址
			socket = new MulticastSocket(port); // 实例化多点广播套接字
			socket.setTimeToLive(1); // 指定发送范围是本地网络
			socket.joinGroup(iaddress); // 加入广播组
		} catch (IOException e) {
			e.printStackTrace(); // 输出异常信息
		}
	}

	public void run() {
		while (true) {
			DatagramPacket packet = null; // 数据包
			byte data[] = weather.getBytes(); // 字符串消息的字节数组
			packet = new DatagramPacket(data, data.length, iaddress, port); // 将数据打包
			System.out.println(weather); // 控制台打印消息
			try {
				socket.send(packet); // 发送数据
				sleep(3000); // 线程休眠
			} catch (IOException e) {
				e.printStackTrace(); 
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
	}

	public static void main(String[] args) { 
		Notification w = new Notification();
		w.start(); // 启动线程
	}
}
java

运行结果如图22.14所示。

(2)接收广播程序。单击 “开始接收” 按钮,系统开始接收主机播出的信息;单击 “停止接收” 按钮,系统停止接收广播主机播出的信息。代码如下:

import java.awt.*;
import java.awt.event.*;
import java.io.IOException;
import java.net.*;
import javax.swing.*;

public class Receive extends JFrame implements Runnable, ActionListener {
	int port; // 端口
	InetAddress group = null; // 广播组地址
	MulticastSocket socket = null; // 多点广播套接字对象
	JButton inceBtn = new JButton("开始接收");
	JButton stopBtn = new JButton("停止接收");
	JTextArea inceAr = new JTextArea(10, 10); // 显示接收广播的文本域
	JTextArea inced = new JTextArea(10, 10);
	Thread thread;
	boolean stop = false; // 停止接受信息状态

	public Receive() {
		setTitle("广播数据报");
		setDefaultCloseOperation(WindowConstants.EXIT_ON_CLOSE);
		thread = new Thread(this);
		inceBtn.addActionListener(this); // 绑定按钮ince的单击事件
		stopBtn.addActionListener(this); // 绑定按钮stop的单击事件
		inceAr.setForeground(Color.blue); // 指定文本域中文字的颜色
		JPanel north = new JPanel(); // 创建Jpanel对象
		north.add(inceBtn); // 将按钮添加到面板north上
		north.add(stopBtn);
		add(north, BorderLayout.NORTH); // 将north放置在窗体的上部
		JPanel center = new JPanel(); // 创建面板对象center
		center.setLayout(new GridLayout(1, 2)); // 设置面板布局
		center.add(inceAr); // 将文本域添加到面板上
		center.add(inced);
		add(center, BorderLayout.CENTER); // 设置面板布局
		validate(); // 刷新
		port = 9898; // 设置端口号
		try {
			group = InetAddress.getByName("224.255.10.0"); // 指定接收地址
			socket = new MulticastSocket(port); // 绑定多点广播套接字
			socket.joinGroup(group); // 加入广播组
		} catch (IOException e) {
			e.printStackTrace(); // 输出异常信息
		}
		setBounds(100, 50, 360, 380); // 设置布局
		setVisible(true); // 将窗体设置为显示状态
	}

	public void run() { // run()方法
		while (!stop) {
			byte data[] = new byte[1024]; // 创建缓存字节数组
			DatagramPacket packet = null;
			packet = new DatagramPacket(data, data.length, group, port); // 待接收的数据包
			try {
				socket.receive(packet); // 接收数据包
				String message = new String(packet.getData(), 0, packet.getLength()); // 获取数据包中的内容
				inceAr.setText("正在接收的内容:\n" + message); // 将接收内容显示在文本域中
				inced.append(message + "\n"); // 每条信息为一行
			} catch (IOException e) {
				e.printStackTrace(); // 输出异常信息
			}
		}
	}

	public void actionPerformed(ActionEvent e) { // 单击事件
		if (e.getSource() == inceBtn) { // 单击按钮ince触发的事件
			inceBtn.setBackground(Color.red); // 设置按钮颜色
			stopBtn.setBackground(Color.yellow);
			if (!(thread.isAlive())) { // 如线程不处于“新建状态”
				thread = new Thread(this); // 实例化Thread对象
			}
			thread.start(); // 启动线程
			stop = false; // 开始接受信息
		}
		if (e.getSource() == stopBtn) { // 单击按钮stop触发的事件
			inceBtn.setBackground(Color.yellow); // 设置按钮颜色
			stopBtn.setBackground(Color.red);
			stop = true; // 停止接受信息
		}
	}

	public static void main(String[] args) {
		Receive rec = new Receive();
		rec.setSize(460, 200);
	}
}
java

运行结果如图22.15所示。

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Figure 1. 图22.14 广播主机程序的运行结果
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Figure 2. 图22.15 接收广播的运行结果

发出广播和接收广播的主机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。

编程训练(答案位置:资源包\TM\sl\22\编程训练)

【训练3】时间广播器 使用UDP向所有客户端发送广播,每秒发送一次,内容为当前时间。

【训练4】自定义广播 创建一个窗体,让用户自己定义实时广播的内容,效果如图22.16所示。

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Figure 3. 图22.16 用户在窗体中修改广播内容