一、概述
记录时间 [2025-09-02]
前置文章：
网络编程 01：计算机网络概述，网络的作用，网络通信的要素，以及网络通信协议与分层模型
网络编程 02：IP 地址，IP 地址的作用、分类，通过 Java 实现 IP 地址的信息获取
网络编程 03：端口的定义、分类，端口映射，通过 Java 实现了 IP 和端口的信息获取
网络编程 04：TCP连接，客户端与服务器的区别，实现 TCP 聊天及文件上传，Tomcat 的简单使用
本文讲述网络编程相关知识——UDP 连接，包括 UDP 的核心特点，UDP 与 TCP 的区别，以及在 Java 中实现 UDP 消息发送和接收，通过 URL 下载资源等。
二、UDP
1. UDP 的核心特点
UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）是一种简单的、无连接的、不可靠的传输层协议。
- 无连接
- UDP 发送数据之前不需要先建立连接，减少了通信的延迟。
- 不可靠交付
- UDP 不提供任何机制来确认数据是否成功到达目的地，也不保证数据包的送达顺序。
- 无拥塞控制
- UDP 以恒定的速率发送数据，而不管网络是否拥堵，容易丢包。这对于网络整体稳定性可能是个缺点，但对于需要恒定速率的应用却是优点。
- 数据报结构
- UDP 保留了应用程序定义的消息边界。如果发送方发送了 5 个 UDP 数据报，接收方将会收到 5 个独立的数据报。
- 而 TCP 则是一个字节流，应用程序需要自己解析消息的开始和结束。
2. UDP 与 TCP 的区别
通过将 UDP 与 TCP 对比来更好地理解它：
| 特性 | TCP (传输控制协议) | UDP (用户数据报协议) |
|---|---|---|
| 连接 | 面向连接的 | 无连接的 |
| 通信前必须先建立连接（三次握手） | 无需建立连接，直接发送数据 | |
| 可靠性 | 可靠的 | 不可靠的 |
| 确保数据按序、完整地送达，有重传机制 | 不保证数据送达，也不保证顺序 | |
| 传输速度 | 相对较慢（由于握手、确认、重传等开销） | 非常快（开销极小） |
| 数据流 | 字节流，无消息边界 | 数据报，有消息边界 |
| 拥塞控制 | 有复杂的拥塞控制算法 | 无拥塞控制 |
| 应用场景 | 网页浏览（HTTP）、电子邮件（SMTP）、文件传输（FTP） | 视频流、语音通话、在线游戏、DNS查询 |
3. UDP 在 Java 的关键类
在 Java 中，使用 UDP 协议进行网络通信主要涉及两个类：DatagramPacket 和 DatagramSocket。
DatagramPacket：- 用于发送和接收数据报包的套接字；
- 表示一个数据报包，用于存储要发送或接收的数据；
- 包含了数据本身以及目标地址（IP 地址和端口号）。
DatagramSocket：用于发送和接收DatagramPacket的套接字。- 表示数据报包，包含数据和目标地址信息；
- 用于发送时指定数据和目标地址；
- 用于接收时提供缓冲区存储接收到的数据。
三、UDP 消息发送和接收
注意：UDP 中没有明确的客户端、服务端的概念，也不需要建立双向连接。我们在这里把发消息的称为发送端，接收消息的称为接收端。
1. 简单发送和接收
发送端
数据包 package 中包含：数据（字节 byte 类型），数据的长度（起始，结束）, 对方 ip，对方端口。
import java.net.*;// 发送端
public class UdpSendDemo01 {public static void main(String[] args) throws Exception {// 1. 建立一个 socket, 开放端口DatagramSocket socket = new DatagramSocket();// 2. 准备一个数据包String msg = "这是一个数据包";InetAddress inetAddress = InetAddress.getByName("127.0.0.1");// 数据包, 数据的长度起始, 结束, 对方ip, 对方端口DatagramPacket packet = new DatagramPacket(msg.getBytes(), 0, msg.getBytes().length, inetAddress, 9000);// 3. 发送数据包socket.send(packet);System.out.println("Message sent to the server.");// 4. 关闭资源socket.close();}
}
接收端
接收包的程序要先打开，只有开着才能收到消息。
因为 UDP 只管发，不会去管接收端有没有准备好的。
import java.net.*;// 接收端
public class UdpReceiveDemo01 {public static void main(String[] args) throws Exception {// 1. 开放端口DatagramSocket socket = new DatagramSocket(9000);// 2. 接收数据包byte[] buffer = new byte[1024];DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, 0, buffer.length);// 阻塞接收socket.receive(packet);// 3. 查看数据包System.out.println(packet.getAddress().getHostAddress());System.out.println(new String(packet.getData(), 0, packet.getLength()));// 4. 关闭资源socket.close();}
}
2. 循环发送和接收
在简单 UDP 消息发送的基础上，给程序增加循环，实现 UDP 消息循环发送和接收。
并增加判断条件：当发送过来的内容是 bye 时，程序结束。
发送端
import java.io.*;
import java.net.*;public class UdpSender {public static void main(String[] args) throws Exception {// 1. 开放端口DatagramSocket socket = new DatagramSocket(8888);// 2. 装包// 从键盘输入到控制台 System.in, 控制台读取// 用 BufferedReader 去读键盘输入到控制台的内容BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));while (true) {// 读一整行String data = reader.readLine();// 转成字节流, socket 发的是字节流byte[] dataBytes = data.getBytes();DatagramPacket packet = new DatagramPacket(dataBytes, 0, dataBytes.length, new InetSocketAddress("localhost", 6666));// 3. 发包socket.send(packet);// 本地退出if (data.equals("bye")) {break;}}// 4. 关闭资源socket.close();}
}
接收端
发过来的内容是字节 byte 类型的，要转换成字符串 String 类型。
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;public class UdpReceiver {public static void main(String[] args) throws Exception {// 1. 开放端口DatagramSocket socket = new DatagramSocket(6666);// 准备一个容器byte[] container = new byte[1024];while (true) {// 2. 读包DatagramPacket packet = new DatagramPacket(container, 0, container.length);// 阻塞接收包socket.receive(packet);// 3. 输出包// 包是字节流, 转成 stringbyte[] data = packet.getData();String receiveData = new String(data, 0, packet.getLength());// 输出内容System.out.println(receiveData);// 远程退出if (receiveData.equals("bye")) {break;}}// 4. 关闭资源socket.close();}
}
四、UDP 多线程在线咨询
特点：互发消息。
在了解 UDP 发送、接收消息的逻辑后，我们来实现如下程序功能。
- 相当于一个咨询平台：学生向老师咨询问题，老师给出答复。
- 接收端、发送端是两个多线程。
- 老师端、学生端是两个用户，他们既可以发消息，也可以接收消息。
更多多线程相关的知识，请参考 - 这篇文章
这里，通过实现 Runnable 接口来创建线程。
1. 接收端
接收端用于接收 UDP 消息。
import java.io.IOException;
import java.net.*;public class TalkReceive implements Runnable {DatagramSocket socket = null;// 接收端的 portprivate int port;// 消息从哪里来private String msgFrom;public TalkReceive(int port, String msgFrom) {this.port = port;this.msgFrom = msgFrom;try {// 1. 开放端口this.socket = new DatagramSocket(this.port);} catch (SocketException e) {e.printStackTrace();}}@Overridepublic void run() {// 准备一个容器byte[] container = new byte[1024];while (true) {try {// 2. 读包DatagramPacket packet = new DatagramPacket(container, 0, container.length);// 阻塞接收包socket.receive(packet);// 3. 输出包// 包是字节流, 转成 Stringbyte[] data = packet.getData();String receiveData = new String(data, 0, packet.getLength());// 输出内容System.out.println(msgFrom + ": " + receiveData);// 断开连接, 远程退出if (receiveData.equals("bye")) {break;}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}// 4. 关闭资源socket.close();}
}
2. 发送端
发送端用于发送 UDP 消息。
import java.io.*;
import java.net.*;public class TalkSend implements Runnable {DatagramSocket socket = null;BufferedReader reader = null;// 接收的地址 (接收 ip, 接收 port)private String toIP;private int toPort;// 从哪里来private int fromPort;public TalkSend(String toIP, int toPort, int fromPort) {this.fromPort = fromPort;this.toIP = toIP;this.toPort = toPort;try {// 1. 开放端口this.socket = new DatagramSocket(this.fromPort);// 从键盘输入到控制台 System.in, 控制台读取// 用 BufferedReader 去读键盘输入到控制台的内容reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));} catch (SocketException e) {e.printStackTrace();}}@Overridepublic void run() {try {while (true) {// 2. 装包// 读一整行String data = reader.readLine();// 转成字节流, socket 发的是字节流byte[] dataBytes = data.getBytes();DatagramPacket packet = new DatagramPacket(dataBytes, 0, dataBytes.length, new InetSocketAddress(toIP, toPort));// 3. 发包socket.send(packet);// 本地退出if (data.equals("bye")) {break;}}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}// 4. 关闭资源socket.close();}
}
3. 老师端
模拟老师的操作：
- 给学生发消息（创建发送端的多线程）
- 接收来自学生的消息（创建接收端的多线程）
public class TalkTeacher {public static void main(String[] args) {// 启动多线程// 把消息发送到 localhost 的 8888 端口// 8888 是学生的 Receive 开放端口// Send 方开放的端口用不上，Receive 方开放的端口才有用new Thread(new TalkSend("localhost", 8888, 5555)).start();// 开放 9999 端口，接收来自学生的消息new Thread(new TalkReceive(9999, "student")).start();}
}
4. 学生端
模拟学生的操作：
- 给老师发消息（创建发送端的多线程）
- 接收来自老师的消息（创建接收端的多线程）
public class TalkStudent {public static void main(String[] args) {// 启动多线程// 把消息发送到 localhost 的 9999 端口// 9999 是老师的 Receive 开放端口new Thread(new TalkSend("localhost", 9999, 7777)).start();// 开放 8888 端口，接收来自老师的消息new Thread(new TalkReceive(8888, "teacher")).start();}
}
五、URL 下载网络资源
1. URL 概述
URL 格式
URL（Uniform Resource Locator，统一资源定位符） 是用于指定互联网上资源（如网页、图像、文件等）位置和访问方式的一种字符串。
通俗地说，它就是我们在浏览器地址栏里输入的 “网址”。
一个完整的 URL 由多个部分组成，通常遵循以下格式：
scheme:[//[user[:password]@]host[:port]][/path][?query][#fragment]// example
https://www.example.com:8080/products/index.html?category=electronics&id=42#specs
具体的部分，内容解释如下：
其中，www.example.com 是域名，可以通过 DNS 域名解析服务解析成对应的 IP 地址。
| 部分 | 例子 | 说明 |
|---|---|---|
| Scheme（方案） | https:// | 指定用于访问资源的协议。常见的有 http、https，ftp，mailto，file。它告诉浏览器或应用程序使用哪种规则来获取资源。 |
| Authority（授权部分） | www.example.com:8080 | 通常包含主机名 Host ** 和端口 Port**。 |
| Host（主机） | www.example.com | 资源所在服务器的域名或 IP 地址。 |
| Port（端口） | :8080 | HTTP 默认端口是 80，HTTPS 是 443。如果使用默认端口，通常在 URL 中省略 |
| Path（路径） | /products/index.html | 指定服务器上资源的具体位置，类似于文件系统中的文件路径。 |
| Query（查询字符串） | ?category=electronics&id=42 | 用于向服务器传递额外的参数。以 ? 开头，包含多个键值对（key=value），键值对之间用 & 分隔。 |
| Fragment（片段） | #specs | 也称为 “锚点”，它指向资源内部的某个特定部分，如 HTML 页面中的一个标题。片段不会发送到服务器，仅在浏览器内部使用。 |
URL 编码
URL 只能使用有限的 ASCII 字符集，任何包含非 ASCII 字符（如中文）或特殊字符（如空格、&、=）的 URL 都需要进行编码。
URL 编码也称为 “百分号编码”。
例如，空格被编码为 %20，中文 “中国” 被编码为 %E4%B8%AD%E5%9B%BD。
通过 Java 查看 URL
在 Java 中，java.net.URL 类用于表示和解析 URL。它提供了许多有用的方法来分解和操作 URL 的各个部分。
通过 Java 来查看 URL 的各个部分。
import java.net.MalformedURLException;
import java.net.URL;public class URLDemo01 {public static void main(String[] args) throws MalformedURLException {// exampleURL url = new URL("https://www.example.com:8080/products/index.html?category=electronics&id=42#specs");// 协议System.out.println(url.getProtocol());// 主机ip、域名System.out.println(url.getHost());// 端口System.out.println(url.getPort());// 文件路径System.out.println(url.getPath());// 全路径: 路径+参数System.out.println(url.getFile());// 参数System.out.println(url.getQuery());}
}
对应的输出结果：
https
www.example.com
8080
/products/index.html
/products/index.html?category=electronics&id=42
category=electronics&id=42
2. 下载 URL 资源
在 上一篇 中，讲述了如何启动 Tomcat 并访问部署的资源。
例如，访问自定义资源：webapps 目录下的 test 中的 hello.txt 文件。
用到的其实就是一个 URL：
http://localhost:8080/test/hello.txt
接下来，我们来下载这个 URL 指向的网络资源。
- 给出资源下载地址；
- 连接到这个资源；
- 通过流下载；
- 通过文件管道处理资源，保存资源。
import java.io.*;
import java.net.HttpURLConnection;
import java.net.URL;public class URLDown {/*本地 tomcat 中有这样一个文件http://localhost:8080/test/hello.txt通过 URL 下载下来*/public static void main(String[] args) throws Exception {// 1. 下载地址URL url = new URL("http://localhost:8080/test/hello.txt");// 2. 连接到这个资源 HTTPHttpURLConnection connection = (HttpURLConnection) url.openConnection();// 通过流下载InputStream is = connection.getInputStream();// 文件管道处理下载下来的数据FileOutputStream fos = new FileOutputStream(new File("NetStudy/hello.txt"));byte[] buffer = new byte[1024];int len;while ((len = is.read(buffer)) != -1) {// 写出这个数据fos.write(buffer, 0, len);}// 3. 关闭资源, 断开连接fos.close();is.close();connection.disconnect();}}
同理可得，网络上的资源也可以这么下载，输入 URL 即可。
无论是文本、图片、视频、音频，还是其他类型的文件。
可以尝试一下：
// 下载图片
URL url = new URL("https://i-blog.csdnimg.cn/direct/728b14801d3f4400bad0905bfdba34be.jpeg");// 文件管道处理下载下来的数据
FileOutputStream fos = new FileOutputStream(new File("NetStudy/bfdba34be.jpeg"));
参考资料
狂神说 - 网络编程：https://www.bilibili.com/video/BV1LJ411z7vY
Java 8 帮助文档：https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/
多线程 02：线程实现，创建线程的三种方式，通过多线程下载图片案例分析异同（Thread，Runnable，Callable）：https://blog.csdn.net/Sareur_1879/article/details/141029891
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