J2SE网络编程之 TCP与UDP

1.什么是TCP

TCP（Transmission Control Protocol传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的通信协议，位于传输层。这三个特点中，面向连接就如同打电话，双方的电话必须保持连接状态才能通话；可靠就如同QQ上的视频，一方发送视频请求，另一方必须同意后才能建立视频连接，也可以说安全性好；基于字节流，继续看下文就行。TCP最重要的思想就是大名鼎鼎的“三次握手”：

客户端向服务端发送请求报文；
服务端收到后向客户端回复；
客户端确认收到服务端的回复。

三次握手完成后，客户端就与服务端建立了可靠的链接。

2.什么是UDP

UDP（User Datagram Protocol用户数据报协议），提供简单但不可靠的信息传送服务。很像生活中的写信或发邮件，不需要征得对方的同意，不需要与对方建立连接，就可以将数据发送出去，但是不能保证发送出去的数据能够确保无误地到达目的地。

注意: 我们常用的ping命令就是基于UDP协议，telnet命令就是基于TCP协议。

3.TCP Socket示例

服务端示例：

import java.io.*;
import java.net.*;
public class Server {    
    public static void main(String[] args) {
        InputStream is=null; 
        OutputStream os=null;
        try{
            ServerSocket ss=new ServerSocket(5566);         //创建服务器套接字并绑定到5566端口
            Socket s=ss.accept();
            is=s.getInputStream();
            os=s.getOutputStream();
            DataInputStream dis=new DataInputStream(is);
            DataOutputStream dos=new DataOutputStream(os);
            String message=null;
            if((message=dis.readUTF())!=null){              //接收并输出此连接的客户端发来的信息
                System.out.println("Client："+message);
            }
            dos.writeUTF("Hello, Client！");                //向此连接的客户端发送信息
            dis.close();
            dos.close();
            s.close();
        }catch(ConnectException ex){
            ex.printStackTrace();
        }catch(IOException ex){
            ex.printStackTrace();
        }
    }
}

客户端示例

import java.io.*;
import java.net.*;
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        InputStream is=null;
        OutputStream os=null;
        try{
            Socket s=new Socket("127.0.0.1",5566);         //创建一个套接字并将其连接到127.0.0.1地址（本机）的5566端口
            is=s.getInputStream();
            os=s.getOutputStream();
            DataInputStream dis=new DataInputStream(is);
            DataOutputStream dos=new DataOutputStream(os);
            dos.writeUTF("Hello, Server！");               //向服务端发送信息
            String message=null;
            if((message=dis.readUTF())!=null){
                System.out.println("Server："+message);    //接收并输出服务端发来的信息
            }
            dis.close();
            dos.close();
            s.close();            
        }catch(ConnectException ex){
            ex.printStackTrace();
        }catch(IOException ex){
            ex.printStackTrace();
        }
    }
}

整个连接和交互的过程如下图：

执行时，先启动服务端，服务端创建服务器套接字ServerSocket并绑定到指定的端口，当执行到Socket s=ss.accept()时，会产生“阻塞”（即让程序暂时停留在此处），但客户端启动，创建套接字Socket并向指定地址的指定端口发送请求时，ServerSocket接受服务端的请求并返回客户端的socket实例，与之建立连接。socket原意为插座，还真的挺形象的，整个过程就如同把客户端的插头插到服务端的插座上，就建立起了通道。通信完毕后，双方都关闭连接。

Socket的getInputStream()方法可以获得网络连接输入，返回此套接字的字节输入流对象；getOutputStream()方法返回此套接字的字节输出流对象，用于向连接对象写入数据。这里体现了上文中TCP的第三个特点“基于字节流”。

4.UDP示例

服务端Demo

import java.net.*;
class UDPServer{
    public static void main(String[] args)throws Exception{
        //接收信息
        DatagramSocket  server = new DatagramSocket(5050);
        byte[] recvBuf = new byte[1000];
        DatagramPacket recvPacket = new DatagramPacket(recvBuf , recvBuf.length);
        server.receive(recvPacket);
        String recvStr = new String(recvPacket.getData() , 0 , recvPacket.getLength());
        System.out.println("What server has received is：" + recvStr);
        
        //发送信息
        int port = recvPacket.getPort();
        InetAddress addr = recvPacket.getAddress();
        String sendStr = "Hello ! I'm Server";
        byte[] sendBuf = new String("Hello Client! I'm Server！").getBytes();    
        DatagramPacket sendPacket 
            = new DatagramPacket(sendBuf , sendBuf.length , addr , port );
        server.send(sendPacket);
        server.close();
    }
}

客户端Demo

import java.net.*;
class UDPClient{
    public static void main(String[] args)throws Exception{
        //发送信息
        DatagramSocket client = new DatagramSocket();       
        byte[] sendBuf=new String("Hello Server! I'm Client").getBytes();       
        InetAddress addr = InetAddress.getByName("127.0.0.1");
        int port = 5050;
        DatagramPacket sendPacket 
            = new DatagramPacket(sendBuf ,sendBuf.length , InetAddress.getByName("127.0.0.1") , port);
        client.send(sendPacket);
        
        //接收信息
        byte[] recvBuf = new byte[100];
        DatagramPacket recvPacket = new DatagramPacket(recvBuf , recvBuf.length);
        client.receive(recvPacket);
        String recvStr = new String(recvPacket.getData() , 0 ,recvPacket.getLength());
        System.out.println("What client has received is：" + recvStr);
        client.close();
    }
}

整个流程如下图：

服务端启动后，准备一个包含字节数组buf的数据报包DatagramPacket用于接收客户端发来的数据报，客户端启动后，将目的地址、端口、发送内容等信息封装在DatagramPacket中，通过DatagramSocket的send()方法发往目的地（服务端），服务端将接收到的数据报放在DatagramPackage中。服务端向客户端发送数据报的过程亦然。

5.总结

文章前面说了TCP三次握手，客户端发送请求、服务端接受请求并返回确认信息，客户端收到确认信息后再发送确认收到确认信息，简单的三个步骤，过程却非常复杂（而且TCP断开连接时还需要四次挥手）。因为UDP协议不需要连接的过程，所以它的效率高，速度快，同时也因如此，UDP的可靠性不如TCP高。