【网络编程通关之路】 Udp 基础回显服务器(Java实现)及你不知道知识原理详解 ! ! !

服务器 0

本篇会加入个人的所谓鱼式疯言

❤️❤️❤️鱼式疯言:❤️❤️❤️此疯言非彼疯言

而是理解过并总结出来通俗易懂的大白话,

小编会尽可能的在每个概念后插入鱼式疯言,帮助大家理解的.

🤭🤭🤭可能说的不是那么严谨.但小编初心是能让更多人能接受我们这个概念 !!!

引言

在这个信息爆炸的时代,数据传输的速度和效率比以往任何时候都更加重要。想象一下,你正在观看一场在线直播的体育赛事,突然画面卡顿,数据包丢失——这可能是由于TCP协议的重传机制导致的延迟。

但如果你使用的是 UDP,情况可能会完全不同。UDP,即用户数据报协议,以其轻量级和低延迟的特性,在网络编程中扮演着重要角色。本文将深入探讨UDP的工作原理,以及它如何为现代网络通信带来革命性的变化。

目录

  1. Udp与Tcp 协议

  2. Udp服务器的实现过程及原理

  3. Udp客户端的实现过程及原理

  4. 回显服务器的原理剖析及扩展字典服务器功能

一. Udp 与 Tcp 协议

1. Udp 与 Tcp 的初识

在这里插入图片描述

Udp 和 Tcp 都是 Tcp / IP 五层协议中的 第四层: 传输层 , 主要提供在不同主机上提供进程和进程的 传输服务 , 主要还是关注传输的 起点和终点

2. Udp 的特点 和 Tcp的特点

Udp: 无连接, 不可靠, 面向 数据报, 全双工。

Tcp: 有连接, 可靠, 面向 字节流, 全双工

  • 连接性:连接的含义: 不是实际意义上的两根线连起来,而是一种 抽象的连接 , 就是说通信双方都保存着对方的 信息(IP地址, 端口号)

    对于Udp 来说是无连接的,也就是 没有 保存 对方信息的一种连接特性。

    对于Tcp 来说是有连接的, 也就是 保存着 对方信息 的一种连接特性。

  • 可靠性 : 对于网络通讯来说可靠 不是百分百通信, 而不丢失数据 。 可靠性的关键就在于当 数据发送错误或出现数据丢失 的情况, 是否会进行 重传 数据。

    对于 Tcp 来说, 是有 应答响应和延时重传机制的(重点内容后面文章详解), 当网络数据发生影响时, 就会进行 重传防止数据的丢失

    对于 Udp 来说, 是没有的, 当网络通信出现问题时, 就会进行直接把这段数据直接丢弃, 不会发生重传

  • 面向数据报与面向字节流: 这是两次不同协议的 传输单位 的不同

    对于Tcp 来说 , 面向字节流就等同于一个字节一个字节传输

    好比现有一堆数据, 总有二百个字节单位的数据

    如果你一个一个字节的传输, 需要传输两百次;

    如果你十个十个字节的传输, 需要传输二十次;

    如果你二十个字节的传输, 需要传输十次;

    如果你一百个字节的传输, 就需要传输两次;

    如果你二百个字节的传输, 就需要传输一次。

    对于Udp 来说, 是面向数据报的, 这里的数据报还比挖菜需要用锄头, 砍柴需要用斧头一样, 是一种 专门 为网络通信传输构造的一种 特殊结构的传输单位

    我们只需要构造好 数据报, 把需要传输的数据当 成一个整体 打包成 数据报 即可。

  • 全双工与半双工 : 双工本质上就是一种 传输的方向 , 无论是Tcp 和 Udp , 都是全双工, 其含义就是,无论对于这两种协议部署到主机上, 既可以 发送数据, 也可以 接受数据, 既可以 发送请求, 也可以 对请求做出响应 。 可以认为是一种双方向的

    而半双工就是部署好协议之后, 这个通信设备要么 只能接受数据 , 要么只能发送数据, 而 不能同时接受数据和发送数据, 是以一种 单向 的形式传输。

二. Udp服务器的实现过程及原理

1. 引入

在这里插入图片描述

介绍完Tcp和Udp的特点之后,下面就开始上场本篇文章的核心内容,带着小伙伴们一起实践利用 Udp 协议写一个 回显服务器程序

什么是 回显 ???

就是这个服务器响应给客户端的是 客户端自身发来的请求 , 服务器这边不做业务/ 逻辑上 的处理, 而是直接把 原请求数据 响应返回给客户端

对于Udp 来说, 如果需要进行网络通信就需要调用 系统原生api 来进行实现 , 就需要了解 系统原生api 的使用细节, 但对于Java程序猿来说, JDK早已把 api 进行封装, 封装成 两个类: DatagramSocket , DatagramPacket 。 这两个类都来自于 Java.net 这个包中。

DatagramSocket 相关方法:
在这里插入图片描述

上述 对 DAtagramSocket 实例化一个 Socket 对象时, 我们就是利用这个 Socket 对象 来对 网卡进行操作 , 从而进行 网络通信的必要操作

DatagramPacket 相关方法:

在这里插入图片描述

DatagramPacket 则是上面谈及的数据报, 每实例化一个数据报时, 就要传入对于的 byte[] 数组作为参数, 打包成 一个整体的数据报单元 进行传输。

想必小伙伴们应该还没有理解吧, 下面的原理部署和代码演示讲带着大伙熟悉这些方法的使用 💖 💖 💖 💖 💖

2. 服务器端代码演示

package network;import java.io.IOException;import java.net.DatagramPacket;import java.net.DatagramSocket;import java.net.SocketException;public class MyServer {    // 定义一个 数据包插口   private   DatagramSocket socker  = null;   // 构造方法    public MyServer(int port) throws SocketException {        // 进行进程和 端口号的连接        socker = new DatagramSocket(port);    }    public void start()  throws IOException {            while(true) {                System.out.println("服务器开始运行...");//        打包数据包基本单位                DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096 );//        接受客户端发来的数据                socker.receive(requestPacket);                // 转为成字符串打印日志                String request = new String(requestPacket.getData(), 0, requestPacket.getLength());                // 执行业务逻辑并对客户端进行响应                String response = process(request);//              打包一组响应的数据包//            注意这里要带上对应客户端输入的ip地址和端口号                DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(),0, response.getBytes().length,                        requestPacket.getSocketAddress());                // 进行响应回服务器中                socker.send(responsePacket);                // 打印日志                System.out.printf("[ip地址为:%s, %s,端口号为:%d, %d 客户端的的需求的为: %s, 服务器的响应为: %s]/n",                        requestPacket.getAddress(),responsePacket.getAddress(), responsePacket.getPort(),requestPacket.getPort(), request, response);            }    }    // 业务逻辑的方法    public String process(String request) {        return request;    }    public static void main(String[] args) throws IOException{        MyServer  myServer = new MyServer(9090);        myServer.start();    }}

3. 服务器端代码流程讲解

对于服务器这端来说:

整体 分为五部:

  1. 实例化 DatagramSocket 并以端口号作为 构造方法的参数 建立 端口号与进程 的连接。
    // 定义一个 数据包插口   private   DatagramSocket socker  = null;   // 构造方法    public MyServer(int port) throws SocketException {        // 进行进程和 端口号的连接        socker = new DatagramSocket(port);    }
  1. 打包一个数据包用来 接收客户端 发来的 请求
//        打包数据包基本单位                DatagramPacket requestPacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096 );//        接受客户端发来的数据                socker.receive(requestPacket);
  1. 处理一定的业务逻辑, 由于我们这里是 回显服务器 ,只返回请求结果成为 服务器响应的内容 即可。
     // 执行业务逻辑并对客户端进行响应            String response = process(request);// 业务逻辑的方法public String process(String request) {    return request;}
  1. 构造一个 数据包 (带上效应的内容,长度, 以及地址) 用于把 服务器效应 发送回 服务器。
//              打包一组响应的数据包//            注意这里要带上对应客户端输入的ip地址和端口号                DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(response.getBytes(),0, response.getBytes().length,                        requestPacket.getSocketAddress());                // 进行响应回服务器中                socker.send(responsePacket);
  1. 将 客户端的 IP地址, 客户端的 端口号请求效应打印 出来。
            // 打印日志            System.out.printf("[ip地址为:%s, %s,端口号为:%d, %d             客户端的的需求的为: %s, 服务器的响应为: %s]/n",                    requestPacket.getAddress(),responsePacket.getAddress(), responsePacket.getPort(),requestPacket.getPort(), request, response);        }}

鱼式疯言

  1. 由于 网络通信 需要的是 服务器和客户端 同时交互 才能展示效果,所以小伙伴们一定要记住只有两台机子以上才能完成 回显服务器 的实现。
  1. 端口号与进程 进行连接时, 需要注意的是:

    一个 进程能连接 多个 端口号

    但是 一个 端口号只能连接 一个 进程。

  1. 在获取 IP地址端口号 打印时, 就需要通过Socket 的对象:responsePacket / requestPacket , 这两个数据报中不仅包含 数据内容 , 还含有 客户端地址和端口号 等… 各种需要传递的信息。
  1. 最后还需要注意一点: Udp是 无连接 的特点, 所以当我们需要发送一个 请求/ 响应 时, 就需要在 对应的数据报 中加入 IP地址和端口号,用来指明需要发送到哪里?

三. Udp客户端的实现过程及原理

Udp 的实现 还是利用 DatagramSocketDatagramPacket 两个类来实现, 大体上的实现过程是 相似的 ,但有 细微之处不相同

在这里插入图片描述

下面我们来看看吧 💖 💖 💖 💖

1. 客户端的代码展示

package network;import java.io.IOException;import java.net.DatagramPacket;import java.net.DatagramSocket;import java.net.InetAddress;import java.net.SocketException;import java.util.Scanner;public class MyClient {    // 服务器ip    private String serverIp ;    // 服务器的端口号    private int serverPort;    // 创建一个客户端的插口    private  DatagramSocket clientSocket =  null;    public MyClient(String serverIp , int serverPort) throws SocketException {        // 对该服务器的ip 和端口号进行赋值        this.serverIp = serverIp;        this.serverPort = serverPort;        // 连接时,无须指定参数        clientSocket = new DatagramSocket();    }    public void start() throws IOException{       while(true) {           System.out.println("客户端开始运行...");           Scanner in= new Scanner(System.in);           System.out.print("请输入你的需求: ");//        输入           String request = in.next();           // 打包成 数据量基本单位           // 并指定 ip 和 端口号           DatagramPacket  requestPacket =  new            DatagramPacket(request.getBytes(),            request.getBytes().length, InetAddress.getByName(this.serverIp), this.serverPort);           // 发送给服务器           clientSocket.send(requestPacket);           // 构造一个数据包基本单位接受服务器的响应           DatagramPacket receivePacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);           // 开始接收           clientSocket.receive(receivePacket);           System.out.println("最终服务器的效应为: ");           // 输出日志           String receive =new String(receivePacket.getData(),0, receivePacket.getLength());           System.out.println(receive);       }    }    public static void main(String[] args) throws IOException {        MyClient myClient = new MyClient("127.0.0.1",9090);        myClient.start();    }}

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

2. 客户端的代码流程讲解

  1. 先实例化一个 Socket 对象 , 并得到 需要发送 服务器IP地址和端口号
public MyClient(String serverIp , int serverPort) throws SocketException {    // 对该服务器的ip 和端口号进行赋值    this.serverIp = serverIp;    this.serverPort = serverPort;    // 连接时,无须指定参数    clientSocket = new DatagramSocket();}
  1. 在控制台中 输入需求 ,并打包成 数据报 (带上数据内容, IP地址, 以及端口号) , 然后利用 Socket 对象进行发送。
        System.out.println("客户端开始运行...");           Scanner in= new Scanner(System.in);           System.out.print("请输入你的需求: ");//        输入           String request = in.next();           // 打包成 数据量基本单位           // 并指定 ip 和 端口号           DatagramPacket  requestPacket =  new            DatagramPacket(request.getBytes(), request.getBytes().length,            InetAddress.getByName(this.serverIp), this.serverPort);           // 发送给服务器           clientSocket.send(requestPacket);
  1. 构造一个 数据报 用来接受服务器 返回的响应
 // 构造一个数据包基本单位接受服务器的响应           DatagramPacket receivePacket = new DatagramPacket(new byte[4096],4096);           // 开始接收           clientSocket.receive(receivePacket);
  1. 打印 服务器响应 的日志
           // 输出日志           String receive =new String(receivePacket.getData(),0, receivePacket.getLength());           System.out.println(receive);

鱼式疯言

补充细节

  1. 对于客户端这端来说, 当 实例化Socket 时, 是不需要指定 端口号 的, 因为系统就根据客户端的 空缺的端口号 自动默认分配 一个端口号
    如果 程序猿来 分配分配进程 就有可能造成 某个端口号正在忙碌, 就会出现 一个端口号绑定多个进程 的情况,就会参生 BUG
  1. 由于我们传入的IP 地址是 一个字符串 , 我们就需要转换为对于的 点分十进制 的地址表示方式: InetAddress.getByName(this.serverIp)
  1. 异常 SocketException 属于 IOException子类

四. 回显服务器的原理剖析及扩展字典服务器功能

1. 回显服务器的原理剖析

具体 回显服务器 的流程小编用 图示 的方式表示啦,

  • 服务端等待客户端发送请求
    在这里插入图片描述

  • 客户端发送以及阻塞等待

    在这里插入图片描述

  • 返回客户端的响应
    在这里插入图片描述

  • 整体的流程:
    在这里插入图片描述

鱼式疯言

  1. 从构造数据报的内容,我们可以看出 Udp面向数据报 的特点
  1. 从每次发送请求,或者返回响应都需要 设定IP地址和端口号 , 可以看出 Udp 无连接需要手动设置 IP 和端口号 的特点。
  1. 从客户端 既可以发送请求又可以接收响应 , 并且 服务器既可以接收请求,发送响应 , 充分说明 Udp是 全双工传输 的特点。

关于 Udp 不可靠传输 这个特点,这是一个难点也是重点, 小编会在后面的文章中重点详细的

2. 字典服务器功能

服务器:

package network;import java.io.IOException;import java.net.SocketException;import java.util.HashMap;import java.util.Map;public class MyDicServer extends MyServer{    private Map<String,String> map = new HashMap<>();    public MyDicServer(int port) throws SocketException {        super(port);        map.put("cat","小猫");        map.put("dog", "小狗");        map.put("dusk", "小鸭");    }    @Override    public String process(String request) {        return  map.getOrDefault(request,"未知单词");    }    public static void main(String[] args) throws IOException {        MyServer m = new MyDicServer(9090);        m.start();    }}

客户端

 package network;import java.io.IOException;import java.net.DatagramPacket;import java.net.DatagramSocket;import java.net.SocketException;public class MyServer {    // 定义一个 数据包插口   private   DatagramSocket socker  = null;   // 构造方法    public MyServer(int port) throws SocketException {        // 进行进程和 端口号的连接        socker = new DatagramSocket(port);    }    public void start()  throws IOException {            while(true) {                System.out.println("服务器开始运行...");//        打包数据包基本单位                DatagramPacket requestPacket =                 new DatagramPacket(new byte[4096],                        4096 );//        接受客户端发来的数据                socker.receive(requestPacket);                // 转为成字符串打印日志                String request = new String(requestPacket.getData(),                        0, requestPacket.getLength());                // 执行业务逻辑并对客户端进行响应                String response = process(request);//              打包一组响应的数据包//            注意这里要带上对应客户端输入的ip地址和端口号                DatagramPacket responsePacket = new                 DatagramPacket(response.getBytes(),0,                        response.getBytes().length,                        requestPacket.getSocketAddress());                // 进行响应回服务器中                socker.send(responsePacket);                // 打印日志                System.out.printf("[ip地址为:%s, %s,端口号为:                %d, %d 客户端的的需求的为: %s, 服务器的响应为: %s]/n",                                                requestPacket.getAddress(),                        responsePacket.getAddress(),                                                responsePacket.getPort(),                        requestPacket.getPort(),                                                request, response);            }    }    // 业务逻辑的方法    public String process(String request) {        return request;    }    public static void main(String[] args) throws IOException{        MyServer  myServer = new MyServer(9090);        myServer.start();    }}

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

字典服务器小编在这里只是作为扩展内容, 其实操作远不止这里, 至于字典服务器怎么生成的?

其实很简单, 只是在原来的基础上加入了一个 哈希表 进行返回, 即使不理解的小伙伴也无妨, 重要是理解前面Udp 的回显服务器的 实现原理 即可。

总结

  • Udp与Tcp 协议 : 主要说明的四种 UdpTcp 不同核心特点

  • Udp服务器的实现过程及原理: 先了解 实现回显服务器 Udp 的两个类, 分别是 操作网卡 进行网络通信的
    DatagramSocket 对象 与实现包装数据的 DatagramPacket 数据报。 并实现了
    服务器的代码以及流程讲解。

  • Udp客户端的实现过程及原理:实现了 Udp 的客户端代码 , 并且就客户端的特点进行了流程讲解。

  • 回显服务器的原理剖析及扩展字典服务器功能 : 从 图示的方式 进行理解回显服务器的原理, 并且扩展了 字典服务器
    的内容。

如果觉得小编写的还不错的咱可支持 三连 下 (定有回访哦) , 不妥当的咱请评论区 指正

希望我的文章能给各位宝子们带来哪怕一点点的收获就是 小编创作 的最大 动力 💖 💖 💖

在这里插入图片描述

也许您对下面的内容还感兴趣: