茹志鵑

正德職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 211106

基于用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議的Java Socket數(shù)據(jù)通信

茹志鵑

正德職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 211106

數(shù)據(jù)通信是網(wǎng)絡(luò)的主要應(yīng)用之一，隨著網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，大多程序設(shè)計語言都開發(fā)了實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的應(yīng)用程序接口，Java語言也不例外。Java語言,因平臺無關(guān)和多線程的特性，被廣泛應(yīng)用于Web開發(fā)中，其豐富的類庫中提供了Socket套接字，應(yīng)用程序可通過套接字向網(wǎng)絡(luò)發(fā)出請求或者應(yīng)答網(wǎng)絡(luò)請求，非常方便的實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的數(shù)據(jù)通信?；谟脩魯?shù)據(jù)報通信協(xié)議或者傳輸控制協(xié)議，利用Java語言的面向?qū)ο?、多線程、可視化程序開發(fā)以及Socket套接字技術(shù)，可以非常簡單的實現(xiàn)多個客戶端之間的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信。

Socket；UDP；數(shù)據(jù)報；多線程

Java作為一種程序設(shè)計語言,簡單、面向?qū)ο蟆⒉灰蕾囉跈C(jī)器的結(jié)構(gòu)、具有可移植性、安全性、并且提供了并發(fā)的機(jī)制、具有很高的性能，最大限度地利用了網(wǎng)絡(luò)，還提供了豐富的類庫,使程序設(shè)計者可以很方便地開發(fā)自己的系統(tǒng)。Java語言的眾多特點(diǎn)中，最特別的就是與平臺無關(guān)和多線程了，也因此被廣泛用于Web開發(fā)中。java.net包中，提供了網(wǎng)絡(luò)編程所需要各個類，通過這些類，可方便的開發(fā)網(wǎng)絡(luò)間數(shù)據(jù)通信程序。

1.開發(fā)技術(shù)介紹

實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的數(shù)據(jù)通信，必須基于傳輸層的兩個服務(wù)質(zhì)量不同的協(xié)議——TCP和UDP，Java類庫中提供了DatagramSocket和DatagramPacket兩個類來實現(xiàn)基于UDP協(xié)議的數(shù)據(jù)通信，同時也提供了Socket和ServerSocket兩個類來實現(xiàn)基于TCP協(xié)議的數(shù)據(jù)通信，下面主要介紹基于UDP協(xié)議的數(shù)據(jù)通信。

1.1 UDP協(xié)議

UDP（User Datagram Protocol，用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）協(xié)議是OSI參考模型中一種無連接的傳輸層協(xié)議，提供面向事務(wù)的簡單不可靠信息傳送服務(wù)，是一個簡單的面向數(shù)據(jù)報的傳輸層協(xié)議，傳送數(shù)據(jù)前并不與對方建立連接，在傳輸數(shù)據(jù)前，發(fā)送方和接收方相互交換信息使雙方同步，對接收到的數(shù)據(jù)包也不發(fā)送確認(rèn)信號，發(fā)送端不知道數(shù)據(jù)是否被正確接收，也不會重發(fā)數(shù)據(jù)，因此具有較好的實時性和工作效率。

1.2 SOCKET

所謂socket通常也稱作“套接字”，是網(wǎng)絡(luò)編程中的一個接口,用于描述IP地址和端口，是一個通信鏈的句柄，應(yīng)用程序通過“套接字”向網(wǎng)絡(luò)發(fā)出請求或者應(yīng)答網(wǎng)絡(luò)請求。

J a v a語言的U D P通信中，使用DatagramSocket類來創(chuàng)建收、發(fā)數(shù)據(jù)報的Socket對象。與TCP通信不同，它不存在“連接”的概念，取而代之的是一個數(shù)據(jù)報包DatagramPacket對象，這個數(shù)據(jù)報包本身包含IP地址、端口號和數(shù)據(jù)內(nèi)容，據(jù)此可以知道發(fā)送方和目的地。

使用DatagramSocket的構(gòu)造方法public DatagramSocket(int port)throws SocketException來創(chuàng)建數(shù)據(jù)報套接字，并綁定到指定的端口上。對于數(shù)據(jù)報的接收，主要使用DatagramPacket 類的public DatagramPacket(byte buf[],int length)方法構(gòu)造DatagramPacket對象，來接收長度為length的數(shù)據(jù)報包，發(fā)送數(shù)據(jù)報使用public DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress address, int port)構(gòu)造數(shù)據(jù)報包，用來將長度為length的包發(fā)送到指定主機(jī)上的指定端口號。

2.程序介紹

程序的設(shè)計過程中，界面制作可使用Java開發(fā)的可視化編程工具，創(chuàng)建窗口后，添加輸出信息的文本區(qū)域和輸入信息的文本框兩個控件，并且對回車事件和窗口關(guān)閉事件進(jìn)行處理，這里不再介紹。下面主要介紹使用DatagramSocket和DatagramPacket兩個類編寫數(shù)據(jù)通信的代碼和為提高程序的運(yùn)行速度所采用的多線程機(jī)制。

2.1 創(chuàng)建接收和發(fā)送程序

導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)編程所需要的包java.net，就可以開始編寫發(fā)送數(shù)據(jù)功能的方法代碼2-1和接收數(shù)據(jù)功能的方法代碼2-2。

代碼2-2 接收數(shù)據(jù)報代碼

接收方ds綁定端口號8000，并創(chuàng)建數(shù)據(jù)報dp，等待接收發(fā)送方發(fā)送的數(shù)據(jù)；發(fā)送方ds無需綁定固定端口號，但必須在創(chuàng)建數(shù)據(jù)報dp時，指定要發(fā)送到電腦的IP地址和端口號8000，通過代碼2-1和2-2就可以實現(xiàn)簡單的基于UDP協(xié)議的數(shù)據(jù)通信。

2.2 多線程技術(shù)

一般來說，當(dāng)運(yùn)行一個應(yīng)用程序的時候，就啟動了一個進(jìn)程，有時會啟動多個進(jìn)程。啟動進(jìn)程的時候，操作系統(tǒng)會為進(jìn)程分配資源，其中最主要的資源是內(nèi)存空間。在進(jìn)程中，有些程序流程塊是可以亂序執(zhí)行的，并且這個代碼塊可以同時被多次執(zhí)行，這樣的代碼塊就是線程體。線程是進(jìn)程中亂序執(zhí)行的代碼流程，當(dāng)多個線程同時運(yùn)行的時候，這樣的執(zhí)行模式稱為并發(fā)執(zhí)行，多線程的目的是為了最大限度的利用CPU資源。

Java編寫程序都運(yùn)行在Java虛擬機(jī)（JVM）中，在JVM的內(nèi)部，程序的多任務(wù)是通過線程來實現(xiàn)的。每個正在系統(tǒng)上運(yùn)行的程序都是一個進(jìn)程，每個進(jìn)程包含一到多個線程，進(jìn)程也可能是整個程序或者是部分程序的動態(tài)執(zhí)行。線程是一組指令的集合，或者是程序的特殊段，它可以在程序里獨(dú)立執(zhí)行，也可以把它理解為代碼運(yùn)行的上下文。所以線程基本上是輕量級的進(jìn)程，它負(fù)責(zé)在單個程序里執(zhí)行多任務(wù)，通常由操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)多個線程的調(diào)度和執(zhí)行。Java語言中用多線程來同時為多個客戶提供服務(wù)，這是提高服務(wù)器的并發(fā)性能的最常用手段。

在網(wǎng)絡(luò)編程中，使用多線程可以把占據(jù)長時間的等待接收聊天信息的程序任務(wù)放到后臺去處理，使程序的運(yùn)行速度加快，提高CPU的利用率，在等待接收聊天信息的同時能夠發(fā)送聊天信息給對方。

Java中用擴(kuò)展Thread類或者實現(xiàn)Runnable接口兩種方法來實現(xiàn)多線程，將發(fā)送數(shù)據(jù)端代碼2-1和接收數(shù)據(jù)端代碼2-2寫在實現(xiàn)多線程的run方法中即可。run方法是多線程程序的一個約定，所有的多線程代碼都在run方法里面。Thread類實際上也是實現(xiàn)了Runnable接口的類。在啟動多線程的時候，需要先通過Thread類的構(gòu)造方法Thread(Runnable target) 構(gòu)造出對象，然后調(diào)用Thread對象的start()方法來運(yùn)行多線程代碼。實際上所有的多線程代碼都是通過運(yùn)行Thread的start()方法來運(yùn)行的。因此，不管是擴(kuò)展Thread類還是實現(xiàn)Runnable接口來實現(xiàn)多線程，最終還是通過Thread的對象來控制線程的。

3.結(jié)語

本文介紹的DatagramSocket只允許數(shù)據(jù)報發(fā)往一個目的地，還可以使用java.net包中的類MulticastSocket。在發(fā)送數(shù)據(jù)報時使用MulticastSocket類，可以將數(shù)據(jù)報以廣播方式發(fā)送到指定端口的所有客戶。

網(wǎng)絡(luò)特別是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，越來越深刻的改變著人們生活的方方面面。當(dāng)需要實時快速時，人們僅僅只需要簡單的通訊，這時可以使用UDP協(xié)議來實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的功能。但是由于UDP協(xié)議的無連接，若需要安全可靠的數(shù)據(jù)通信時，就需要選擇有連接的TCP協(xié)議來進(jìn)行數(shù)據(jù)通信了。

總之，無論使用任何語言，任何方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，都必須遵循固定的步驟進(jìn)行操作，在熟悉了這些步驟以后，可以根據(jù)需要進(jìn)行邏輯上的處理，但還是必須以固定的步驟為前提。其實，實現(xiàn)基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)通信本身不難，也不需要很多的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)知識，編程的基礎(chǔ)功能都已經(jīng)由應(yīng)用程序接口實現(xiàn)，只需要按照固定的步驟進(jìn)行即可，例如使用Java提供的Socket接口和多線程技術(shù)，可方便高效的開發(fā)基于UDP或TCP的通信軟件，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間數(shù)據(jù)通信。

[1]孫衛(wèi)琴 編著. JAVA網(wǎng)絡(luò)編程精解[M].北京:電子工業(yè)出版社, 2007.2

[2]劉永華.于春花編著.Java網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社,2008.5

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.09.054

茹志鵑、本科、講師、計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)。