摘要：現在在本機同一局域網的一臺機器和阿里云主機上都運行然后啟動發送端接收端接收結果可以看到每個接收端都正確的接收了發送端發送的消息。

今天的主角是 UDP（User Datagram Protocol，用戶數據報協議）。
我們都知道 TCP 是一種可靠的協議 —— 首先客戶端和服務端需要建立連接（三次“握手”），數據發送完畢需要斷開連接（四次“揮手”）；如果發送數據時數據損壞或者丟失，那么 TCP 會重新發送。保證可靠的代價就是效率的降低（建立連接和斷開連接就需要時間，保證數據的可靠性也需要額外的消耗）。與 TCP 相對應，UDP 是面向無連接的協議，并且它不保證數據是否會到達，也不保證到達的數據是否準確和數據順序是否正確 —— 所以相比于 TCP， UDP 的速度很快。在 需要不建立連接即可發送數據 的系統，或者 保證最快的傳輸速度比每一位數據都正確更重要 的系統（如視頻會議，丟失某個數據包只是一個畫面或者聲音的小干擾）中，UDP 才是正確的選擇。實際上，在同一個網段，或者在信號很好的局域網，UDP 是非常可靠的。

在 Java 中使用 UDP 時關鍵的兩個類分別是：DatagramSocket 和 DatagramPacket。
DatagramPacket 表示數據包，而 DatagrameSocket 用來發送和接收數據包。

發送數據包時：

因為 UDP 協議并不需要建立連接，所以我們將數據（byte數組）放入 DatagramPacket 之后，還需要將目的地（IP地址和端口）放入到 DatagramPacket 中 —— DatagramSocket 的 send(DatagramPacket packet) 方法根據 packet 中指定目的地，將其包含的數據往這個目的地發送。至于數據是否能（準確）到達目的地，DatagramSocket 并不關心。

接收數據包時：

DatagramSocket 在接收數據包時，我們需要為其指定一個監聽的端口。當有包含了接收端機器 IP 地址和 DatagramSocket 所監聽端口的數據包到達時，DatagramSocket 的 receive(DatagramPacket packet) 方法便會對數據包進行接收，并將接收到的數據包填入到 packet 中。

現在讓我們來實踐 DatagramSocket 和 DatagramPacket：
因為 UDP 沒有服務端和客戶端之分，所以我們把兩端分別定義為 發送端 和 接收端。
發送端代碼：

import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.UnknownHostException;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.List;

public class UDPSender {

    private static final int RECVER_LISTENING_PORT = 9999;

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        List messages = new ArrayList<>(12);
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            String msgBody = (i == 3 ? "" : "Hello UDP-" + i);

            DatagramPacket msg0 = parseMsg(
                    msgBody, "127.0.0.1", RECVER_LISTENING_PORT); // 發送給本機
            DatagramPacket msg1 = parseMsg(
                    msgBody, "192.168.3.3", RECVER_LISTENING_PORT); // 發送給同一局域網的一臺機器
            DatagramPacket msg2 = parseMsg(
                    msgBody, "120.77.**.***", RECVER_LISTENING_PORT); // 120.77.**.*** 是我阿里云主機的公網 IP 地址

            // JDK1.5 時 Collections 添加的 addAll 方法，可以一次往某個集合中添加多個元素
            Collections.addAll(messages, msg0, msg2, msg1);
        }

        startSending(messages);
    }

    private static void startSending(List messages)
            throws IOException, InterruptedException {

        // 無參構造的 DatagramSocket 會隨機選擇一個端口進行監聽
        // 因為此時 DatagramSocket 的作用是發送，所以無需顯式指定固定端口
        try (DatagramSocket socket = new DatagramSocket()) {
            System.out.println("隨機給發送端分配的端口為：" + socket.getLocalPort() + "
");
            
            for (DatagramPacket msg : messages) {
                socket.send(msg); // 發送數據包

                int recverPort = msg.getPort();
                InetAddress recverAddr = msg.getAddress();
                System.out.printf("消息已經發送 -> (%s:%d)
",
                        recverAddr.getHostAddress(), recverPort);

                Thread.sleep(500); // 設定 每隔 0.5 秒發送一個消息
            }
        }
    }

    private static DatagramPacket parseMsg(String msgBody, String addr, int port)
            throws UnknownHostException {

        byte[] msgData = msgBody.getBytes();
        DatagramPacket msg = new DatagramPacket(
                msgData, 0, msgData.length, // 數據從位置 0 開始，長度為 msgData.length
                InetAddress.getByName(addr), port); // 目的地 地址為 addr，監聽端口為 port

        return msg;
    }

}

接收端代碼：

import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;

public class UDPReceiver {

    private static final int LISTENING_PORT = 9999;
    private static final int BUFFER_SIZE = 512;

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        byte[] buffer = new byte[BUFFER_SIZE];
        DatagramPacket msg = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);

        try (DatagramSocket socket = new DatagramSocket(LISTENING_PORT)) {
            System.out.println("接收端已經啟動...
");
            while (true) {
                socket.receive(msg); // 接收數據包

                String msgBody = new String(
                        msg.getData(), msg.getOffset(), msg.getLength());
                if (msgBody.isEmpty()) { // 發現接收的消息是空字符串("")便跳出循環
                    break;
                }

                int senderPort = msg.getPort();
                InetAddress senderAddr = msg.getAddress();

                System.out.printf("發送端 地址和端口 -> (%s:%d)
",
                        senderAddr.getHostAddress(), senderPort);

                System.out.println("發送端 發送的消息 -> " + msgBody + "
");
            }
        }

        System.out.println("接收端已經關閉。");
    }
}

現在 在本機、同一局域網的一臺機器和阿里云主機上都運行 UDPReceiver：

然后啟動發送端 UDPSender：

接收端接收結果：

可以看到每個接收端都正確的接收了發送端發送的消息。

（本機 和 局域網機器 顯示的發送端的端口(49756)是一致的，但是遠程機器即阿里云主機顯示的(4802)卻與他們不一致——這個問題留給有興趣的讀者自己思考）

雖然 UDP 是不可靠的協議，但是因為它不需要建立連接，效率更快，所以在 需要不建立連接即可發送數據 的系統（比如本文的例子），或者 保證最快的傳輸速度比每一位數據都正確更重要 的系統中，我們應該使用 UDP。當然，基于 UDP 我們同樣可以開發出可靠的協議——數據包的正確與否可以交給應用程序來判斷，如果有問題接收端便提示發送端重新發送。