聊聊UDP、TCP和實現一個簡單的JAVA UDP小Demo
最近真的比較忙，很久就想寫了，可是一直苦於寫點什麼，今天腦袋靈光一閃，覺得自己再UDP方面還有些不了解的地方，所以要給自己掃盲。
好了，咱們進入今天的主題，先列一下提綱：
1. UDP是什麼，UDP適用於什麼場景？
2. 寫一個小Demo來加深一下UDP的理解。
3. UDP和TCP的區別有哪些？
4. TCP建連和關閉的過程，為什麼建立連接的時候是三次握手，斷開連接的時候需要四次？
1. UDP是什麼，UDP適用於什麼場景？
相信很多同學都聽過UDP，UDP的全稱：User Datagrame Protocol, 用戶報文協議，是一個傳輸層協議。UDP最大的特點是：不可靠網路傳輸，無連接數據協議，即發送前不要連接，直接向目標地址發送。而TCP和UDP基本上是相互補充的，TCP是可靠的數據數據傳輸，基於連接後的數據發送。
TCP是Transmission Control Protocol，傳輸控制協議，TCP是基於可靠的數據傳輸，那麼就需要犧牲更多的延遲和網路頻寬。而UDP則不需要可靠的數據傳輸，那麼將會需要更小的網路延遲和網路開銷。UDP可以允許丟棄延遲的數據包。由於低延遲低頻寬，所以UDP非常適合電腦遊戲，語音電話，影片電話，網路直播。
我們接下來看一下UDP的Packet的組成（圖片來源網路），8位元組的Header，然後就是UDP的數據。本機如果作為客戶端的話，本機的埠號為0-65535，也就是本機連接外部機器的話最多可以連接65536，0是保留埠號。如果作為服務端的話，可以使用的埠為2的32次方個埠。也就是可以接收的數據可以有這麼多。當然，目前一台機器能處理的數據沒有這麼多。
8位元組的Header，很簡單也比較少，不像TCP需要20-60位元組的數據。
Source port，源埠號，16位2個位元組。
Length, 數據的長度2個位元組。
Distination port, 目標埠，用於識別到目標機器的埠號。2個位元組。
Checksum, 用於計算Header的Checksum(校驗值）。
2. 寫一個小Demo來加深一下UDP的理解。
1) UDP的服務端程式碼，因為UDP的程式碼都是JDK自帶的，所以也不需要引入其他jar包就可以。
2）Server端主要創建步驟：
a) 創建一個監聽udp的埠號 8888.
b) 創建一個用於接收數據的DatagramPacket，參數有兩個，一個是數據，一個是數據的長度。
c) 採用循環進行receive數據，直到收到的bye字元串。
package myflink.udp; import java.io.IOException; import java.net.DatagramPacket; import java.net.DatagramSocket; /** * @author huangqingshi * @Date 2020-05-24 */ public class UDPServer { public static void main(String[] args) throws IOException { //1. 創建一個監聽8888埠的udp socket DatagramSocket ds = new DatagramSocket(8888); //設置接收數據的最大值 byte[] receive = new byte[65535]; //用於接收的數據 DatagramPacket datagramPacket = null; while(true) { //2. 創建一個用於接收數據。buf即數據和其長度 datagramPacket = new DatagramPacket(receive,receive.length ); //3. 接收byteBuff的數據 ds.receive(datagramPacket); System.out.println("Client:-" + data(receive)); //4. 如果接收到了bye，程式結束 if("bye".equals(data(receive))) { break; } //5.清理receive中的數據 receive = new byte[65535]; } } public static StringBuilder data(byte[] bytes) { if(bytes == null) { return null; } StringBuilder ret = new StringBuilder(); int i = 0; while (bytes[i] != 0) { ret.append((char) bytes[i]); i++; } return ret; } }
3）接下來是客戶端的程式碼，步驟如下：
a) 創建scanner用於在控制台進行數據輸入，然後創建一個DatagramSocket用於處理數據。
b) 創建一個DatagramPacket用於數據的發送。
c) 進行數據發送。
d) 持續發送數據，當收到bye字元串的話就會結束。
package myflink.udp; import java.io.IOException; import java.net.DatagramPacket; import java.net.DatagramSocket; import java.net.InetAddress; import java.util.Scanner; /** * @author huangqingshi * @Date 2020-05-24 */ public class UDPClient { public static void main(String[] args) throws IOException { Scanner scanner = new Scanner(System.in); InetAddress ip = InetAddress.getLocalHost(); //1. 創建一個socket對象用於處理數據 DatagramSocket socket = new DatagramSocket(); //用於存放數據 byte[] buf = null; //一個死循環，用於接收數據後處理，收到bye後結束處理 while(true) { String input = scanner.nextLine(); //將接收到的資訊轉換為byte數組 buf = input.getBytes(); //2. 創建一個DatagramPack包用於創建發送的數據 DatagramPacket datagramPacket = new DatagramPacket(buf, buf.length, ip, 8888); //3. 發送數據 socket.send(datagramPacket); //4. 如果收到了byte直接結束循環 if("bye".equals(input)) { break; } } } }
啟動服務端和客戶端，然後再控制台輸入一些測試數據，看一下服務端的控制台輸出：
客戶端輸入數據
Hello UDP
服務端的輸出數據
Client:-Hello UDP
好了Demo已經執行完了，非常簡單。
3. UDP和TCP的區別有哪些？
1. TCP是可靠的傳輸，而UDP是非可靠數據傳輸。因為可靠，所以需要更高的延遲和網路頻寬。而UDP則不需要，所以比較適合語音、影片電話等。
2. UDP的Header位元組為8個位元組，非常少，而TCP需要至少20個位元組。
3. TCP是全雙工的，即可以發送接收數據，可以想像兩個人打電話，即可以聽到聲音又可以發送聲音。而UDP發送數據的時候才連接，發送完數據之後不會保留連接。
4. TCP是點對點連接的，而UDP是多對多進行數據傳輸。TCP以位元組流形式發送，有擁塞控制，方式發送數據量太大擁塞。而UDP是以報文形式發送給目標機器，沒有擁塞控制。
4. TCP建連和關閉的過程，為什麼建立連接的時候是三次握手，斷開連接的時候需要四次？
1）三次握手建立連接處理：
1. 首先創建連接時client需要發送一個SYN+隨機sequence給 server 端，這是客戶端的狀態是SYN_SENT狀態。
2. server收到數據後會回復一個SYN+ACK，ACK為接收到的sequence+1，同時再發送一個sequence。server的狀態為ACK_REVD。
3. client再把收到的sequnce+1作為ACK再給到服務端，然後服務端和客戶端的狀態都是ESTABLISHED。說明連接建立了。
第二步中的SYN和ACK可以同時發送，這兩個值同時發送不受影響，都可以建立連接。當然如果兩步分開發送也是可以的，但是由於可以節省一步發送，所以不用多費事。
2）四次握手關閉連接處理：
1. client發一個FIN和一個隨機的sequence給server，然後客戶端的狀態變為FIN_WAIT_1狀態。
2. server收到了FIN後，狀態變為CLOSE_WAIT，然後再把接收到的sequence+1和ACK標誌返回給client。client收到ACK後變為FIN_WAIT2狀態。
3. 然後server再次給client發送一個FIN+sequence給client，此時客戶端的狀態變為TIME_WAIT狀態。
4. client再把收到的sequence + 1發送給server, 此時server的狀態變為CLOSED。此時連接正式斷開。
這是客戶端主動發起關閉連接的過程，還有同時發送FIN標誌的情況。
1. client發送FIN+sequence給server端，狀態變為FIN_WAIT_1。
2. server也發送FIN+sequence給client端，此時server的狀態變為FIN_WAIT_1。client的接收FIN後變為CLOSING，同時server也變為CLOSING。
3. client發送ACK+接收到的sequence+1給server。client的狀態變為TIME_WAIT。
4. server同時也發送ACK+接收到的seqnce+1給client。此時client和server都變為CLOSED。
整個過程是這麼一個過程，那麼為什麼TCP連接的時候需要三次，而關閉的時候需要四次？
因為建立連接的時候SYN+ACK可以同時發送，不影響連接建立。而關閉的時候FIN+ACK不能合起來，因為TCP是雙向且全雙工連接。也就是client和server建立好連接後，client和server即能發送資訊同時也能接收資訊。當client發送FIN給server的時候，只能說明客戶端不給server發送數據了，但是不證明client不接收數據，所以給到server後，server處理好之後說我也不給你發數據了(FIN)。然後我已經你不給我發數據了（ACK)，這個時候client收到後說知道了（ACK), 此時連接就關閉了。
好了，關於這篇就整理到這裡，如果有不對的地方歡迎批評指正。
