一、前言：认识UDP

UDP，全称User Datagram Protocol(用户数据报协议)，是Internet 协议集支持一个无连接的传输协议。UDP 为应用程序提供了一种无需建立连接就可以发送封装的 IP 数据包的方法。

UDP主要用于不要求分组顺序到达的传输中，分组传输顺序的检查与排序由应用层完成，提供面向报文的简单不可靠信息传送服务。UDP 协议基本上是IP协议与上层协议的接口，适用端口分别运行在同一台设备上的多个应用程序。

二、UDP的特点(与TCP相比)

正是UDP提供不可靠服务，具有了TCP所没有的优势。无连接使得它具有资源消耗小，处理速度快的优点，所以音频、视频和普通数据在传送时经常使用UDP，偶尔丢失一两个数据包，也不会对接收结果产生太大影响。

UDP有别于TCP，有自己独立的套接字(IP+Port)，它们的端口号不冲突。和TCP编程相比，UDP在使用前不需要进行连接，没有流的概念。
如果说TCP协议通信与电话通信类似，那么UDP通信就与邮件通信类似：不需要实时连接，只需要目的地址；
UDP通信前不需要建立连接，只要知道地址（ip地址和端口号）就可以给对方发送信息；
基于用户数据报文（包）读写；
UDP通信一般用于线路质量好的环境，如局域网内，如果是互联网，往往应用于对数据完整性不是过于苛刻的场合，例如语音传送等。

以上是对UDP的基本认识，与以前学习的理论相比，接下来的实践更加有趣，实践出真知。

三、UDP网络Socket编程(Java实现)

首先，熟悉java中UDP编程的几个关键类：DatagramSocket（套接字类），DatagramPacket（数据报类），MulticastSocket。本篇主要使用前两个。

1、创建客户端

第一步，实例化一个数据报套接字，用于与服务器端进行通信。与TCP不同，UDP中只有DatagramSocket一种套接字，不区分服务端和客户端，创建的时候并不需要指定目的地址，这也是TCP协议和UDP协议最大的不同点之一。

public UDPClient(String remoteIP,String remotePort) throws IOException{
        this.remoteIP=InetAddress.getByName(remoteIP);
        this.remotePort=Integer.parseInt(remotePort);
        //创建UDP套接字，系统随机选定一个未使用的UDP端口绑定
        socket=new DatagramSocket();
}

第二步，创建UDP数据报，实现发送和接收数据的方法。UDP发送数据是基于报文DatagramPacket，网络中传递的UDP数据都要封装在这种自包含的报文中。

实现DatagramPacket发送数据的方法：

//定义一个数据的发送方法
public void send(String msg){
    try {
        //将待发送的字符串转为字节数组
        byte[] outData=msg.getBytes("utf-8");
        //构建用于发送的数据报文，构造方法中传入远程通信方（服务器）的ip地址和端口
        DatagramPacket outPacket=new DatagramPacket(outData,outData.length,remoteIP,remotePort);
        //给UDP发送数据报
        socket.send(outPacket);
    }catch (IOException e){
            e.printStackTrace();
     }
}

DatagramPacket接收数据的方法：

public String receive(){
    String msg;
    //准备空的数据报文
    DatagramPacket inPacket=new DatagramPacket(new byte[MAX_PACKET_SIZE],MAX_PACKET_SIZE);
    try {
        //读取报文，阻塞语句，有数据就装包在inPacket报文中，以装完或装满为止
        socket.receive(inPacket);
        //将接收到的字节数组转为对应的字符串
        msg=new String(inPacket.getData(),0,inPacket.getLength(),"utf-8");
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
        msg=null;
    }
    return msg;
}

可以看到，发送和接收数据中使用DatagramSocket的实例的send和receive方法，这就是数据报套接字的两个重要方法。

通信结束，销毁Socket的方法如下：

public void close(){
    if (socket!=null)
        socket.close();
}

到这里，客户端已全部完成，等待接下来与服务端的通信…

2、客户端图形界面

现在，设计客户端通信的简单界面，一方面可以更方便的和服务器连续对话通信，另一方面，有了图形界面，体验感更加！图形化界面主要使用JavaFX实现，代码容易看懂。

import javafx.application.Application;
import javafx.event.EventHandler;
import javafx.geometry.Insets;
import javafx.geometry.Pos;
import javafx.scene.Scene;
import javafx.scene.control.*;
import javafx.scene.input.KeyCode;
import javafx.scene.input.KeyEvent;
import javafx.scene.layout.BorderPane;
import javafx.scene.layout.HBox;
import javafx.scene.layout.Priority;
import javafx.scene.layout.VBox;
import javafx.stage.Stage;

import java.io.IOException;


public class UDPClientFX extends Application {

    private Button btnExit=new Button("退出");
    private Button btnSend = new Button("发送");

    private TextField tfSend=new TextField();//输入信息区域

    private TextArea taDisplay=new TextArea();//显示区域
    private TextField ipAddress=new TextField();//填写ip地址
    private TextField tfport=new TextField();//填写端口
    private Button btConn=new Button("连接");
    private UDPClient UDPClient;

    private String ip;
    private String port;


    @Override
    public void start(Stage primaryStage) {
        BorderPane mainPane=new BorderPane();

        //连接服务器区域
        HBox hBox1=new HBox();
        hBox1.setSpacing(10);
        hBox1.setPadding(new Insets(10,20,10,20));
        hBox1.setAlignment(Pos.CENTER);
        hBox1.getChildren().addAll(new Label("ip地址："),ipAddress,new Label("端口："),tfport,btConn);
        mainPane.setTop(hBox1);

        VBox vBox=new VBox();
        vBox.setSpacing(10);

        vBox.setPadding(new Insets(10,20,10,20));
        vBox.getChildren().addAll(new Label("信息显示区"),taDisplay,new Label("信息输入区"),tfSend);

        VBox.setVgrow(taDisplay, Priority.ALWAYS);
        mainPane.setCenter(vBox);


        HBox hBox=new HBox();
        hBox.setSpacing(10);
        hBox.setPadding(new Insets(10,20,10,20));
        hBox.setAlignment(Pos.CENTER_RIGHT);
        hBox.getChildren().addAll(btnSend,btnExit);
        mainPane.setBottom(hBox);

        Scene scene =new Scene(mainPane,700,500);
        primaryStage.setScene(scene);
        primaryStage.show();

        //连接服务器之前，发送bye后禁用发送按钮，禁用Enter发送信息输入区域，禁用下载按钮
        btnSend.setDisable(true);
        tfSend.setDisable(true);

        //连接按钮
        btConn.setOnAction(event -> {
            ip=ipAddress.getText().trim();
            port=tfport.getText().trim();

            try {
                UDPClient = new UDPClient(ip,port);
                //连接服务器之后未结束服务前禁用再次连接
                btConn.setDisable(true);
                //重新连接服务器时启用输入发送功能
                tfSend.setDisable(false);
                btnSend.setDisable(false);
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });

        //发送按钮事件
        btnSend.setOnAction(event -> {
            String msg=tfSend.getText();
            UDPClient.send(msg);//向服务器发送一串字符
            taDisplay.appendText("客户端发送："+msg+"\n");

            String Rmsg=null;
            Rmsg=UDPClient.receive();
//            System.out.println(Rmsg);
            taDisplay.appendText(Rmsg+"\n");

            if (msg.equals("bye")){
                btnSend.setDisable(true);//发送bye后禁用发送按钮
                tfSend.setDisable(true);//禁用Enter发送信息输入区域
                //结束服务后再次启用连接按钮
                btConn.setDisable(false);
            }
            tfSend.clear();
        });
        //对输入区域绑定键盘事件
        tfSend.setOnKeyPressed(new EventHandler<KeyEvent>() {
            @Override
            public void handle(KeyEvent event) {
               if(event.getCode()==KeyCode.ENTER){
                   String msg=tfSend.getText();
                   UDPClient.send(msg);//向服务器发送一串字符
                   taDisplay.appendText("客户端发送："+msg+"\n");


                   String Rmsg=null;
                   Rmsg=UDPClient.receive();
                   taDisplay.appendText(Rmsg+"\n");

                   if (msg.equals("bye")){
                       tfSend.setDisable(true);//禁用Enter发送信息输入区域
                       btnSend.setDisable(true);//发送bye后禁用发送按钮
                       //结束服务后再次启用连接按钮
                       btConn.setDisable(false);
                   }
                   tfSend.clear();
                }
            }
        });
        
        btnExit.setOnAction(event -> {
            try {
                exit();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

        });
        //窗体关闭响应的事件,点击右上角的×关闭,客户端也关闭
        primaryStage.setOnCloseRequest(event -> {
            try {
                exit();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });


        //信息显示区鼠标拖动高亮文字直接复制到信息输入框，方便选择文件名
        //taDispaly为信息选择区的TextArea，tfSend为信息输入区的TextField
        //为taDisplay的选择范围属性添加监听器，当该属性值变化(选择文字时)，会触发监听器中的代码
        taDisplay.selectionProperty().addListener(((observable, oldValue, newValue) -> {
            //只有当鼠标拖动选中了文字才复制内容
            if(!taDisplay.getSelectedText().equals(""))
                tfSend.setText(taDisplay.getSelectedText());
        }));
    }

    private void exit() throws InterruptedException {
        if (UDPClient!=null){
            //向服务器发送关闭连接的约定信息
            UDPClient.send("bye");
            UDPClient.close();
        }
        System.exit(0);
    }

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

重点在各个控件的事件处理逻辑上，需避免要一些误操作导致异常抛出，如：连接服务器前禁用发送按钮，在连接服务器成功后禁用连接按钮，禁用输入区等。另外，实现了回车发送的快捷功能，详见代码的键盘事件绑定部分。

还有，约定发送”bye”或者退出按钮结束通信关闭Socket。

成功连接后：

3、创建服务器端

服务器端为客户端提供服务，实现通信。这里包括了几个方法Service(),udpSend()和udpReceive().

首先，我将UDP数据报发送和接收写成一个方法，作为整体方便多次调用。

public DatagramPacket udpReceive() throws IOException {
    DatagramPacket receive;
    byte[] dataR = new byte[1024];
    receive = new DatagramPacket(dataR, dataR.length);
    socket.receive(receive);
    return receive;
}

public void udpSend(String msg,InetAddress ipRemote,int portRemote) throws IOException {
    DatagramPacket sendPacket;
    byte[] dataSend = msg.getBytes();
    sendPacket = new DatagramPacket(dataSend,dataSend.length,ipRemote,portRemote);
    socket.send(sendPacket);
}

与TCP的Socket通信不同，需要将数据转化成字节数据形式，封装成数据报进行传输，接收时解析数据为字节，再进行读取。

服务器端核心部分为Service()方法，实例化一个DatagramSocket类套接字，实现循环与客户端的通信。

与客户端约定的结束标志”bye”进行处理，结束对话。

    public void Service() throws IOException {
        try {
            socket = new DatagramSocket(port);
            System.out.println("服务器创建成功，端口号：" + socket.getLocalPort());

            while (true) {

                //服务器接收数据
                String msg=null;
                receivePacket = udpReceive();
                InetAddress ipR = receivePacket.getAddress();
                int portR = receivePacket.getPort();
                msg = new String(receivePacket.getData(), 0, receivePacket.getLength(), "utf-8");

//                System.out.println("收到："+receivePacket.getSocketAddress()+"内容："+msg);

                if (msg.equalsIgnoreCase("bye")) {
                    udpSend("来自服务器消息：服务器断开连接，结束服务！",ipR,portR);
                    System.out.println(receivePacket.getSocketAddress()+"的客户端离开。");
                    continue;
                }
                System.out.println("建立连接："+receivePacket.getSocketAddress());

                String now = new Date().toString();
                String hello = "From 服务器：&" + now + "&" + msg;
                udpSend(hello,ipR,portR);

            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

四、服务器端和客户端完整代码

服务器端：

//UDPServer.java
import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
import java.util.Date;

public class UDPServer {
    private DatagramSocket socket = null;
    private int port = 8888;
    private DatagramPacket receivePacket;

    public UDPServer() throws IOException {
        System.out.println("服务器启动监听在" + port + "端口...");
    }

    public void Service() throws IOException {
        try {
            socket = new DatagramSocket(port);
            System.out.println("服务器创建成功，端口号：" + socket.getLocalPort());

            while (true) {

                //服务器接收数据
                String msg=null;
                receivePacket = udpReceive();
                InetAddress ipR = receivePacket.getAddress();
                int portR = receivePacket.getPort();
                msg = new String(receivePacket.getData(), 0, receivePacket.getLength(), "utf-8");

//                System.out.println("收到："+receivePacket.getSocketAddress()+"内容："+msg);

                if (msg.equalsIgnoreCase("bye")) {
                    udpSend("来自服务器消息：服务器断开连接，结束服务！",ipR,portR);
                    System.out.println(receivePacket.getSocketAddress()+"的客户端离开。");
                    continue;
                }
                System.out.println("建立连接："+receivePacket.getSocketAddress());

                String now = new Date().toString();
                String hello = "From 服务器：&" + now + "&" + msg;
                udpSend(hello,ipR,portR);

            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public DatagramPacket udpReceive() throws IOException {
        DatagramPacket receive;
        byte[] dataR = new byte[1024];
        receive = new DatagramPacket(dataR, dataR.length);
        socket.receive(receive);
        return receive;
    }

    public void udpSend(String msg,InetAddress ipRemote,int portRemote) throws IOException {
        DatagramPacket sendPacket;
        byte[] dataSend = msg.getBytes();
        sendPacket = new DatagramPacket(dataSend,dataSend.length,ipRemote,portRemote);
        socket.send(sendPacket);
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        new UDPServer().Service();
    }
}

客户端：

//UDPClient.java

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

public class UDPClient {
    private int remotePort;
    private InetAddress remoteIP;
    private DatagramSocket socket;
    //用于接收数据的报文字节数组缓存最最大容量，字节为单位
    private static final int MAX_PACKET_SIZE=512;

    public UDPClient(String remoteIP,String remotePort) throws IOException{
        this.remoteIP=InetAddress.getByName(remoteIP);
        this.remotePort=Integer.parseInt(remotePort);
        //创建UDP套接字，系统随机选定一个未使用的UDP端口绑定
        socket=new DatagramSocket();

    }

    //定义一个数据的发送方法
    public void send(String msg){
        try {
            //将待发送的字符串转为字节数组
            byte[] outData=msg.getBytes("utf-8");
            //构建用于发送的数据报文，构造方法中传入远程通信方（服务器）的ip地址和端口
            DatagramPacket outPacket=new DatagramPacket(outData,outData.length,remoteIP,remotePort);
            //给UDP发送数据报
            socket.send(outPacket);
        }catch (IOException e){
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public String receive(){
        String msg;
        //准备空的数据报文
        DatagramPacket inPacket=new DatagramPacket(new byte[MAX_PACKET_SIZE],MAX_PACKET_SIZE);
        try {
            //读取报文，阻塞语句，有数据就装包在inPacket报文中，以装完或装满为止
            socket.receive(inPacket);
            //将接收到的字节数组转为对应的字符串
            msg=new String(inPacket.getData(),0,inPacket.getLength(),"utf-8");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            msg=null;
        }
        return msg;
    }

    public void close(){
        if (socket!=null)
            socket.close();
    }
}