Java Socket编程实例（五）- NIO UDP实践

介绍

本文是“Java Socket编程实例”系列的第五篇，将介绍Java NIO中的UDP（User Datagram Protocol）实践。UDP是一种面向无连接的协议，常用于高速传输数据、广播和流媒体等场景。相比于TCP，UDP的特点是传输速度快、没有连接建立和断开的过程，但是可靠性差，无法保证数据传输的顺序和正确性。

在本文中，我们将使用Java NIO中的DatagramChannel和Selector实现UDP的发送和接收，并实现一个简单的聊天程序。

UDP发送

DatagramChannel是Java NIO中专门用于UDP的通道，在使用前需要先打开通道。通道打开后，可以创建DatagramPacket（要发送的数据包）和SocketAddress（目标地址），将数据包发送给目标地址。

下面是一个简单的UDP发送示例：

import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.DatagramChannel;

public class UdpSender {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        DatagramChannel channel = DatagramChannel.open();
        String message = "Hello, UDP!";
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(message.getBytes());
        InetSocketAddress address = new InetSocketAddress("localhost", 8888);
        channel.send(buffer, address);
        channel.close();
    }
}

上面代码中，我们打开一个DatagramChannel，创建一个ByteBuffer，包装要发送的消息，创建要发送的SocketAddress，将数据包发送给目标地址。

注意，DatagramChannel中的send方法是非阻塞的，如果目标地址不可用，则立即返回IOException。如果需要进行重试或者报错处理，需要通过try-catch块捕获IOException并进行处理。

UDP接收

同样地，DatagramChannel也可以用来接收UDP数据包。接收数据包需要用到Selector进行多路复用，使用Selector监听DatagramChannel的可读事件，当有事件发生时处理数据包。

下面是UDP接收的示例：

import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.DatagramChannel;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.SelectionKey;

public class UdpReceiver {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        DatagramChannel channel = DatagramChannel.open();
        channel.bind(new InetSocketAddress(8888));
        channel.configureBlocking(false);
        Selector selector = Selector.open();
        channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
        while (true) {
            selector.select();
            for (SelectionKey key : selector.selectedKeys()) {
                if (key.isReadable()) {
                    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
                    InetSocketAddress address = (InetSocketAddress) channel.receive(buffer);
                    if (address != null) {
                        buffer.flip();
                        String message = new String(buffer.array(), 0, buffer.limit());
                        System.out.println(address + ": " + message);
                    }
                }
            }
        }
    }
}

上面的代码块中，我们首先打开一个DatagramChannel，并绑定端口号。绑定端口号之后需要将通道设置为非阻塞模式，并将通道注册到Selector中并监听可读事件。

在while循环中，使用Selector.select()等待事件的发生。当可读事件发生时，使用DatagramChannel的receive方法接收数据包，并将数据包中的数据读入到ByteBuffer的缓冲区中。读取完数据之后，我们需要将Buffer切换到读模式，解析缓冲区中的消息内容，然后进行下一步的操作。

异步定时器

我们可以使用Java NIO自带的异步定时器来控制发送和接收消息的时间。

下面是定时器的示例：

import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.DatagramChannel;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.SelectionKey;

public class UdpTimer {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        DatagramChannel channel = DatagramChannel.open();
        channel.bind(null);
        channel.configureBlocking(false);
        Selector selector = Selector.open();
        SelectionKey writeKey = channel.register(selector, SelectionKey.OP_WRITE);
        SelectionKey readKey = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap("Ping".getBytes());
        while (true) {
            int readyChannels = selector.select();
            if (readyChannels == 0) continue;
            for (SelectionKey key : selector.selectedKeys()) {
                if (key.isWritable()) {
                    channel.send(buffer, readKey.attachment());
                    writeKey.interestOps(0);
                    readKey.interestOps(SelectionKey.OP_READ);
                } else if (key.isReadable()) {
                    ByteBuffer response = ByteBuffer.allocate(1024);
                    channel.receive(response);
                    System.out.println(new String(response.array(), 0, response.limit()));
                    readKey.interestOps(0);
                    writeKey.interestOps(SelectionKey.OP_WRITE);
                }
            }
        }
    }
}

在上面的代码中，我们首先创建一个无需绑定端口号的DatagramChannel，创建一个ByteBuffer，并将ByteBuffer中的数据填充为Ping请求。接着注册事件并等待事件发生。如果事件发生了，则进入while循环并根据事件类型进行相应的处理。

当写事件发生时，该程序发送Ping请求并关闭写事件监控，开始等待读事件发生。当读事件发生时，该程序从DatagramChannel中读取并解析回应，并关闭读事件监控，重新开始监控写事件。

使用以上方法可以实现UDP的异步通信。

总结

本文介绍了Java NIO中UDP的基本使用。通过使用DatagramChannel和Selector，我们可以实现UDP的发送和接收，并实现一个简单的聊天程序。此外，本文还介绍了Java NIO自带的异步定时器，可以用来控制发送和接收消息的时间。