前言

UDP 是面向无连接的通讯协议,UDP 数据包括目的端口号和源端口号信息, 由于通讯不需要连接,所以可以实现广播发送。Netty也为我们封装相关支持UDP诸多组件、数据报文和处理器。


UDP 通讯时不需要接收方确认,属于不可靠的传输,可能会出现丢包现象, 实际应用中要求程序员编程验证。

UDP 与 TCP 位于同一层,但它不管数据包的顺序、错误或重发。因此,UDP 不被应用于那些面向连接的服务,UDP 主要用于那些面向查询---应答的服务,例 如 NFS。相对于 FTP 或 Telnet,这些服务需要交换的信息量较小。使用 UDP 的服 务包括 NTP(网络时间协议)和 DNS(DNS 也使用 TCP),包总量较少的通信(DNS、 SNMP 等);2.视频、音频等多媒体通信(即时通信);3.限定于 LAN 等特定网 络中的应用通信;4.广播通信(广播、多播)。

image.png


常用的 QQ,就是一个以 UDP 为主,TCP 为辅的通讯协议。 TCP 和 UDP 的优缺点无法简单地、绝对地去做比较:TCP 用于在传输层有 必要实现可靠传输的情况;而在一方面,UDP 主要用于那些对高速传输和实时 性有较高要求的通信或广播通信。TCP 和 UDP 应该根据应用的目的按需使用。


Netty中UDP的核心组件

image.png

Netty 的 DatagramPacket 是一个简单的消息容器,DatagramChannel 实现用它来和远程 节点通信。类似于在我们先前的类比中的明信片,它包含了接收者(和可选的发送者)的地 址以及消息的有效负载本身。


让我们来运用Netty的核心组件,构建一个基于UDP的多播应用。


代码设计实现

 广播端部分

/**
* @author andychen https://blog.51cto.com/14815984
* @description:通知的广播端
*/
public class NoticeBroadcast {
   //广播线程组
   private final EventLoopGroup group;
   //广播启动器
   private final Bootstrap boot;

   /**
    * 默认构造
    * @param remotePort 接收端端口
    */
   public NoticeBroadcast(int remotePort) {
       this.group = new NioEventLoopGroup();
       this.boot = new Bootstrap();
       //绑定NioDatagramChannel数据报通道
       this.boot.group(group).channel(NioDatagramChannel.class)
       //设置通道用于广播
       .option(ChannelOption.SO_BROADCAST, true)
       .handler(new NoticeEncoder(new InetSocketAddress(Constant.BROADCAST_IP, remotePort)));
   }

   /**
    * 运行广播
    */
   public void run() throws Exception {
       int count = 0;
       //绑定广播通道
       Channel channel = this.boot.bind(0).sync().channel();
       System.out.println("开始运行广播,发送通知,目标所有主机端口("+Constant.ACCEPTER_PORT+")...");
       //循环广播通知
       for (;;){
           /**
            * 发送通知到接收端
            */
          channel.writeAndFlush(new Notice(++count, Constant.getNotice(),null));
          //间隔3秒发送
           try {
               Thread.sleep(3000);
           } catch (InterruptedException e) {
               Thread.interrupted();
               e.printStackTrace();
               break;
           }
       }
   }

   /**
    * 停止运行
    */
   public void stop(){
       try {
           this.group.shutdownGracefully();
       } catch (Exception e) {
           e.printStackTrace();
       }
   }
}

/**
* @author andychen https://blog.51cto.com/14815984
* @description:广播运行器
*/
public class BroadcastRunner {
   /**
    * 运行消息广播
    * @param args
    */
   public static void main(String[] args) {
       NoticeBroadcast broadcast = null;
       try {
           broadcast = new NoticeBroadcast(Constant.ACCEPTER_PORT);
           broadcast.run();
       } catch (Exception e) {
           e.printStackTrace();
       } finally {
           broadcast.stop();
       }
   }
}

/**
* @author andychen https://blog.51cto.com/14815984
* @description:通知编码器
*/
public class NoticeEncoder extends MessageToMessageEncoder<Notice> {
   //目的地
   private final InetSocketAddress target;

   public NoticeEncoder(InetSocketAddress target) {
       this.target = target;
   }

   /**
    * 编码方法实现
    * @param ctx 处理器上下文
    * @param notice 通知对象
    * @param list 集合
    * @throws Exception
    */
   protected void encode(ChannelHandlerContext ctx, Notice notice, List<Object> list) throws Exception {
       //内容数据
       byte[] bytes = notice.getContent().getBytes(CharsetUtil.UTF_8);
       //定义缓冲:一个int型+一个long型+内容长度+分隔符
       int capacity = 4+8+bytes.length+1;
       ByteBuf buf = ctx.alloc().buffer(capacity);
       //写通知id
       buf.writeInt(notice.getId());
       //发送时间
       buf.writeLong(notice.getTime());
       //分隔符
       buf.writeByte(Notice.SEPARATOR);
       //内容
       buf.writeBytes(bytes);
       //加入消息列表
       list.add(new DatagramPacket(buf, target));
   }
}


接收端部分

/**
* @author andychen https://blog.51cto.com/14815984
* @description:通知接收器
*/
public class NoticeAccepter {
   //通知线程组
   private final EventLoopGroup group;
   //启动器
   private final Bootstrap boot;
   public NoticeAccepter() {
       this.group = new NioEventLoopGroup();
       this.boot = new Bootstrap();
       this.boot.group(this.group)
               .channel(NioDatagramChannel.class)
               //开启通道底层广播
               .option(ChannelOption.SO_BROADCAST, true)
               //端口重用
               .option(ChannelOption.SO_REUSEADDR, true)
               .handler(new ChannelInitializer<Channel>() {
                   @Override
                   protected void initChannel(Channel channel) throws Exception {
                       ChannelPipeline pipeline = channel.pipeline();
                       pipeline.addLast(new NoticeDecoder());
                       pipeline.addLast(new NoticeChannelHanler());
                   }
               })
               .localAddress(Constant.ACCEPTER_PORT);
   }

   /**
    * 运行接收器
    */
   public void run(){
       try {
           //设置不间断接收消息,并绑定通道
           Channel channel = this.boot.bind().syncUninterruptibly().channel();
           System.out.println("接收器启动,端口("+ Constant.ACCEPTER_PORT+"),等待接收通知...");
           //通道阻塞,直到关闭
           channel.closeFuture().sync();
       } catch (InterruptedException e) {
           e.printStackTrace();
       }finally {
          this.stop();
       }
   }

   /**
    * 停止接收消息
    */
   public void stop(){
       try {
           this.group.shutdownGracefully();
       } catch (Exception e) {
           e.printStackTrace();
       }
   }
}

/**
* @author andychen https://blog.51cto.com/14815984
* @description:通知通道处理器
*/
public class NoticeChannelHanler extends SimpleChannelInboundHandler<Notice> {
   /**
    * 接收广播传递过来的报文
    * @param channelHandlerContext
    * @param notice
    * @throws Exception
    */
   @Override
   protected void channelRead0(ChannelHandlerContext channelHandlerContext, Notice notice) throws Exception {
       StringBuffer buffer = new StringBuffer();
       buffer.append("时间[");
       buffer.append(notice.getTime());
       buffer.append("],广播源[");
       buffer.append(notice.getSource().toString());
       buffer.append("]=====[");
       buffer.append(notice.getId());
       buffer.append("]=====通知内容:");
       buffer.append(notice.getContent());
       //打印接收到的数据
       System.out.println(buffer.toString());
   }

   /**
    * 异常捕获
    * @param ctx 上下文
    * @param cause
    * @throws Exception 异常信息
    */
   @Override
   public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
       cause.printStackTrace();
       ctx.close();
   }
}

/**
* @author andychen https://blog.51cto.com/14815984
* @description:通知解码器
*/
public class NoticeDecoder extends MessageToMessageDecoder<DatagramPacket> {

   /**
    * 解码器核心实现
    * @param channelHandlerContext 处理器上下文
    * @param datagramPacket 数据报
    * @param list 消息列表
    * @throws Exception
    */
   @Override
   protected void decode(ChannelHandlerContext channelHandlerContext, DatagramPacket datagramPacket, List<Object> list) throws Exception {
       //数据报内容
       ByteBuf data = datagramPacket.content();
       //通知id
       int id = data.readInt();
       //发送时间
       long time = data.readLong();
       //分隔符
       data.readByte();
       //当前索引
       int idx = data.readerIndex();
       //通知内容
       String content = data.slice(idx, data.readableBytes()).toString(CharsetUtil.UTF_8);
       //加入消息列表
       list.add(new Notice(id,content, datagramPacket.sender()));
   }
}

/**
* @author andychen https://blog.51cto.com/14815984
* @description:消息接收器启动器
*/
public class AccepterRunner {
   /**
    * 运行通知接收任务
    * @param args
    */
   public static void main(String[] args) {
       NoticeAccepter accepter = null;
       try {
           accepter = new NoticeAccepter();
           accepter.run();
       } catch (Exception e) {
           e.printStackTrace();
       }finally {
           accepter.stop();
       }
   }
}


其它部分

/**
* @author andychen https://blog.51cto.com/14815984
* @description:通知信息
*/
public class Notice {
   public int getId() {
       return id;
   }

   public long getTime() {
       return time;
   }

   public String getContent() {
       return content;
   }

   public InetSocketAddress getSource() {
       return source;
   }
   //通知id
   private final int id;
   //发送时间
   private final long time;
   //通知内容
   private final String content;
   //来源地址
   private final InetSocketAddress source;
   //分隔符
   public static final byte SEPARATOR = (byte) ':';
   public Notice(int id, String content, InetSocketAddress source) {
       this.id = id;
       this.content = content;
       this.source = source;
       this.time = System.currentTimeMillis();
   }
}

/**
* @author andychen https://blog.51cto.com/14815984
* @description:系统常量
*/
public class Constant {
   /**
    * 广播地址
    */
   public static final String BROADCAST_IP = "255.255.255.255";
   /**
    * 接收者端口(固定的)
    */
   public static final int ACCEPTER_PORT = 8700;
   /**
    * 通知池
    */
   private static final String[] NOTICE_POOL = {
           "多国疫情突然反弹,北京下一步怎么办?",
           "端午假期,这位政法委书记去了边境",
           "省委书记、省长们的端午假期",
           "人社部回应图书馆留言大叔 送吴桂春们求职就业指南",
           "北京通报病例情况,有句话出现十多次",
           "北京26日新增病例活动轨迹公布!涉及这些地方!\n",
           "蚊蝇增多是否会传播新冠病毒?官方回应来了",
           "俄罗斯将扩大直接对华供应食品地区名单",
           "一图看懂:新发地到底有多大多复杂?",
           "倒闭、亏损、坏账,影视行业如何“活下去”?",
           "警察献血反被辱!香港医管局:致歉并展开调查",
           "华为获准在英国建研发中心 美官员“打招呼”过问",
           "105所高校通过认证!教育部公布一份重磅名单",
           "北京新增确诊17例:北京16天确诊297例",
           "印度陆军司令:已在中印实控线做长期准备",
           "印度增兵边境做出两冒险动作 中方须做冲突升级准备",
           "中印对峙印度下一步会有何行动?偷袭奇袭捞一把就走",
           "印度大批军机飞向拉达克想洗刷耻辱 直升机紧急着陆",
           "蓬佩奥为何反对伊朗买歼10?将威胁美在波斯湾秩序",
           "美国防授权法呼吁美军医疗船安慰号及仁慈号停靠台湾",
           "印度造舰能力有多强?媒体:像当年的中日韩值得看好",
           "中国6代战机究竟长啥样:机头尖锐无平尾",
           "歼16电子战机有多强:干扰距离翻倍 优于美军EA-18G",
           "我军PCL09车载炮为何上高原 高低搭配火力覆盖没死角",
           "胡锡进:这时候谁愿意去美国?签证留给黄之锋吧",
           "美方因涉港问题对中方官员实施签证限制 中方回应",
           "我军为何选择6-25高炮放弃单35 根本原因并不在火炮",
           "在中国问题上 短视的是莫迪买单的是印度",
           "解放军驻吉布提基地官兵已换装星空迷彩服",
           "印度陆军司令向防长汇报:在中印实控线做长期准备",
           "印度多架军机在中印边境密集活动 直升机紧急着陆",
           "我军PCL09车载炮为何上高原 高低搭配火力覆盖没死角",
           "蓬佩奥为何反对伊朗买歼10?将威胁美在波斯湾秩序",
           "美国防授权法呼吁美军医疗船安慰号及仁慈号停靠台湾"
   };
   /**
    * 获取消息
    */
   public static String getNotice(){
       Random r = new Random();
       return NOTICE_POOL[r.nextInt(NOTICE_POOL.length)];
   }
}


运行验证

UDP广播端模式,广播端和接收端并无严格地启动顺序;一般来说为了避免开始消息接收不到的问题,可先启动接收端等待。接收端开多个模拟验证。

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总结

因为UDP广播模式的发送针对局域网所有主机IP,所以更适合在公司内部使用项目,类似通知模块和需要全体一起接收的业务场景。但同时鉴于UDP是面向无连接的,消息的发送没有对端的应答等机制。所以是不可靠的传输协议,大家在项目中要评估好业务场景。当然也可以作为辅助手段和TCP协议结合使用为最佳。