TCP與UDP差異對(duì)比分析

在這篇文章中，在可靠性、數(shù)據(jù)發(fā)送、適用場(chǎng)景等多個(gè)方面分析了二者的區(qū)別。而本文的目的是想給大家介紹下在 Android 設(shè)備上，一個(gè)手機(jī)通過(guò)熱點(diǎn)連接另一個(gè)手機(jī)。這種場(chǎng)景下，完整的 UDP 通信模塊應(yīng)該考慮哪些方面，又應(yīng)該如何優(yōu)化，如何避開一些坑呢?

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UDP 在 Java 中的使用

我們都知道，開發(fā)一個(gè) Android 應(yīng)用程序，目前大多數(shù)還是使用的是 Java 語(yǔ)言。在 Java 語(yǔ)言中怎么去使用 UDP 協(xié)議呢?

上篇文章中我們沒說(shuō) Socket，其實(shí) Socket 可以理解為對(duì) TCP、UDP 協(xié)議在程序使用層面的封裝，提供出一些 api 來(lái)供程序員調(diào)用開發(fā)，這就是 Socket 最表層的含義。

在 Java 中，與 UDP 相關(guān)的類有 DatagramSocket、DatagramPacket 等，關(guān)于他們的使用，這里不著重介紹。

好了，假設(shè)大家對(duì)他們的使用都已大概了解，可以正式開始本文的內(nèi)容了。

初始化一個(gè) UDPSocket

首先創(chuàng)建一個(gè)叫 UDPSocket 的類。

public UDPSocket(Context context) { 
        this.mContext = context; 
        int cpuNumbers = Runtime.getRuntime().availableProcessors(); 
        // 根據(jù)CPU數(shù)目初始化線程池 
        mThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(cpuNumbers * POOL_SIZE); 
        // 記錄創(chuàng)建對(duì)象時(shí)的時(shí)間 
        lastReceiveTime = System.currentTimeMillis(); 
    } 

在構(gòu)造方法里，我們進(jìn)行下一些初始化操作，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是創(chuàng)建一個(gè)線程池，記錄一下當(dāng)前時(shí)間毫秒值，至于他們有什么用，再往下看：

 public void startUDPSocket() { 
        if (client != null) return; 
        try { 
            // 表明這個(gè) Socket 在設(shè)置的端口上監(jiān)聽數(shù)據(jù)。 
            client = new DatagramSocket(CLIENT_PORT); 
            if (receivePacket == null) { 
                // 創(chuàng)建接受數(shù)據(jù)的 packet 
                receivePacket = new DatagramPacket(receiveByte, BUFFER_LENGTH); 
            } 
            startSocketThread(); 
        } catch (SocketException e) { 
            e.printStackTrace(); 
        } 
    } 

這里我們首先創(chuàng)建了一個(gè) DatagramSocket 作為“客戶端”，其實(shí) UDP 本身沒有客戶端和服務(wù)端的概念，只有發(fā)送方和接收方的概念，我們把發(fā)送方暫時(shí)當(dāng)成是一個(gè)客戶端吧。

創(chuàng)建 DatagramSocket 對(duì)象時(shí)，傳入了一個(gè)端口號(hào)，這個(gè)端口號(hào)可以在一個(gè)范圍內(nèi)自己定義，表示這個(gè) DatagramSocket 在此端口上監(jiān)聽數(shù)據(jù)。

然后又創(chuàng)建了一個(gè) DatagramPacket 對(duì)象，作為數(shù)據(jù)的接收包。

***調(diào)用 startSocketThread 啟動(dòng)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的線程。

/** 
     * 開啟發(fā)送數(shù)據(jù)的線程 
     */ 
    private void startSocketThread() { 
        clientThread = new Thread(new Runnable() { 
            @Override 
            public void run() { 
                Log.d(TAG, "clientThread is running..."); 
                receiveMessage(); 
            } 
        }); 
        isThreadRunning = true; 
        clientThread.start(); 
        startHeartbeatTimer(); 
    } 

首先 clientThread 線程的目的是調(diào)用 DatagramSocket receive 方法，因?yàn)?receive 方法是阻塞的，不能放在主線程，所以自然開啟一個(gè)子線程了。receiveMessage 就是處理接受到的 UDP 數(shù)據(jù)報(bào)，我們先不看接受數(shù)據(jù)的這個(gè)方法，畢竟還沒人發(fā)消息呢，自然就談不上收了。

心跳包保持“長(zhǎng)連接”

來(lái)到本文的***個(gè)重點(diǎn)，我們都知道 UDP 本身沒有連接的概念。在 Android 端應(yīng)用 UDP 和 TCP 的場(chǎng)景是一個(gè)手機(jī)連接另一個(gè)手機(jī)的熱點(diǎn)，二者處在同一局域網(wǎng)中。在二者并不知道對(duì)方的存在時(shí)，怎么才能發(fā)現(xiàn)彼此呢?

通過(guò)心跳包的方式，雙方都每隔一段時(shí)間發(fā)一個(gè) UDP 包，如果對(duì)方接收到了，那就能知道對(duì)方的 ip，建立起通信了。

private static final long TIME_OUT = 120 * 1000; 
    private static final long HEARTBEAT_MESSAGE_DURATION = 10 * 1000; 
    /** 
     * 啟動(dòng)心跳，timer 間隔十秒 
     */ 
    private void startHeartbeatTimer() { 
        timer = new HeartbeatTimer(); 
        timer.setOnScheduleListener(new HeartbeatTimer.OnScheduleListener() { 
            @Override 
            public void onSchedule() { 
                Log.d(TAG, "timer is onSchedule..."); 
                long duration = System.currentTimeMillis() - lastReceiveTime; 
                Log.d(TAG, "duration:" + duration); 
                if (duration > TIME_OUT) {//若超過(guò)兩分鐘都沒收到我的心跳包，則認(rèn)為對(duì)方不在線。 
                    Log.d(TAG, "超時(shí)，對(duì)方已經(jīng)下線"); 
                    // 刷新時(shí)間，重新進(jìn)入下一個(gè)心跳周期 
                    lastReceiveTime = System.currentTimeMillis(); 
                } else if (duration > HEARTBEAT_MESSAGE_DURATION) {//若超過(guò)十秒他沒收到我的心跳包，則重新發(fā)一個(gè)。 
                    String string = "hello,this is a heartbeat message"; 
                    sendMessage(string); 
                } 
            } 
        }); 
        timer.startTimer(0, 1000 * 10); 
    } 

這段心跳的目的就是每隔十秒通過(guò) sendMessage 發(fā)送一個(gè)消息，看看對(duì)方能不能收到。若對(duì)方收到消息，則刷新下 lastReceiveTime 的時(shí)間。

這里我每隔十秒向?qū)Ψ桨l(fā)送了一個(gè)字符串。

private static final String BROADCAST_IP = "192.168.43.255"; 
    /** 
     * 發(fā)送心跳包 
     * 
     * @param message 
     */ 
    public void sendMessage(final String message) { 
        mThreadPool.execute(new Runnable() { 
            @Override 
            public void run() { 
                try { 
                    InetAddress targetAddress = InetAddress.getByName(BROADCAST_IP); 
                    DatagramPacket packet = new DatagramPacket(message.getBytes(), message.length(), targetAddress, CLIENT_PORT); 
                    client.send(packet); 
                    Log.d(TAG, "數(shù)據(jù)發(fā)送成功"); 
                } catch (UnknownHostException e) { 
                    e.printStackTrace(); 
                } catch (IOException e) { 
                    e.printStackTrace(); 
                } 
            } 
        }); 
    } 

這里就是發(fā)送一個(gè)消息的代碼。最初在填寫 DatagramPacket 的參數(shù)之時(shí)，我有一個(gè)疑問(wèn)，那個(gè) targetAddress 其實(shí)是自己的 ip 地址。問(wèn)題來(lái)了，我填寫了自己的 ip 地址和對(duì)方的端口，怎么可能找得到對(duì)方呢?你可能有一個(gè)疑惑 "192.168.43.255" 這個(gè)自己的 ip 地址是怎么來(lái)的，為什么要這么定義?

首先 android 手機(jī)開啟熱點(diǎn)，可以理解成一個(gè)網(wǎng)關(guān)，有一個(gè)默認(rèn)的 ip 地址："192.168.43.1"

這個(gè) ip 地址不是我瞎編的一個(gè)，在 Android 源碼之中，就是這么定義的：

WifiStateMachine

ifcg = mNwService.getInterfaceConfig(intf); 
                        if (ifcg != null) { 
                            /* IP/netmask: 192.168.43.1/255.255.255.0 */ 
                            ifcg.setLinkAddress(new LinkAddress( 
                                    NetworkUtils.numericToInetAddress("192.168.43.1"), 24)); 
                            ifcg.setInterfaceUp(); 
                            mNwService.setInterfaceConfig(intf, ifcg); 
                        } 

所以我是知道所謂打開熱點(diǎn)一方的 ip 地址，而 UDP 發(fā)送消息時(shí)還有一個(gè)特性，就是發(fā)出去的消息，處在整個(gè)網(wǎng)關(guān)的設(shè)備是都可以接收到的，所以我自己的 ip 地址就定為了 "192.168.43.255"，所以這個(gè) ip 地址和 "192.168.43.1" 在同一網(wǎng)關(guān)中，你發(fā)送的消息，它是可以收到的。

至于怎么判斷兩個(gè) ip 地址是否處在同一網(wǎng)段中：

判斷兩個(gè)IP大小及是否在同一個(gè)網(wǎng)段中

來(lái)做一個(gè)階段總結(jié)：

首先我們創(chuàng)建了一個(gè)發(fā)送端 DatagramSocket，啟動(dòng)了一個(gè)心跳程序，每間隔一段時(shí)間發(fā)送一個(gè)心跳包。

因?yàn)槲抑罒狳c(diǎn)方的 ip 地址是默認(rèn)的 "192.168.43.1"，并且 UDP 的特性就是發(fā)送的消息同一網(wǎng)段的設(shè)備都可以收到。所以發(fā)送方的 ip 地址定為了與熱點(diǎn)一方處在同一網(wǎng)段的 "192.168.43.255"。

事件與數(shù)據(jù)

事件與數(shù)據(jù)這兩個(gè)模塊與業(yè)務(wù)就緊密相關(guān)了。

先來(lái)說(shuō)數(shù)據(jù)，雙方發(fā)送的數(shù)據(jù)格式你們可以隨意定義，當(dāng)然我覺得還是定義成常規(guī)的 Json 格式就好。其中可以包含一些關(guān)鍵的事件字段：比如廣播心跳包、收到心跳包給對(duì)方上線的應(yīng)答包、超時(shí)的下線包、以及各種業(yè)務(wù)相關(guān)的數(shù)據(jù)等等。

當(dāng)然發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)是轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)組發(fā)送的。發(fā)送中文字符、圖片等都沒有問(wèn)題，但是可能有一些細(xì)節(jié)需要注意，隨時(shí) google 一下就好了。

再來(lái)說(shuō)下事件：

與業(yè)務(wù)無(wú)關(guān)的事件有哪些?

比如：

• DatagramSocket.send 方法之后就是發(fā)送數(shù)據(jù)成功的事件;
• DatagramSocket.receive 方法之后是數(shù)據(jù)接收成功的事件;
• 在心跳包發(fā)送一段時(shí)間，仍沒有接到回信時(shí)，是連接超時(shí)的事件;
• 與業(yè)務(wù)相關(guān)的事件就和我們上文提到的數(shù)據(jù)類型有關(guān)了，設(shè)備上線，心跳包回應(yīng)等等。

事件又如何發(fā)送出去，通知到各個(gè)頁(yè)面呢?用 Listener、或者其他事件總線的三方庫(kù)都沒問(wèn)題，看你自己選擇了。

處理接收的消息

/** 
    * 處理接受到的消息 
    */ 
   private void receiveMessage() { 
       while (isThreadRunning) { 
           try { 
               if (client != null) { 
                   client.receive(receivePacket); 
               } 
               lastReceiveTime = System.currentTimeMillis(); 
               Log.d(TAG, "receive packet success..."); 
           } catch (IOException e) { 
               Log.e(TAG, "UDP數(shù)據(jù)包接收失敗！線程停止"); 
               stopUDPSocket(); 
               e.printStackTrace(); 
               return; 
           } 
           if (receivePacket == null || receivePacket.getLength() == 0) { 
               Log.e(TAG, "無(wú)法接收UDP數(shù)據(jù)或者接收到的UDP數(shù)據(jù)為空"); 
               continue; 
           } 
           String strReceive = new String(receivePacket.getData(), 0, receivePacket.getLength()); 
           Log.d(TAG, strReceive + " from " + receivePacket.getAddress().getHostAddress() + ":" + receivePacket.getPort()); 
           //解析接收到的 json 信息 
           // 每次接收完UDP數(shù)據(jù)后，重置長(zhǎng)度。否則可能會(huì)導(dǎo)致下次收到數(shù)據(jù)包被截?cái)唷?nbsp;
           if (receivePacket != null) { 
               receivePacket.setLength(BUFFER_LENGTH); 
           } 
       } 
   } 

處理接收消息時(shí)，有幾個(gè)值得注意的點(diǎn)：

• receive 方法是阻塞的，沒收到數(shù)據(jù)包時(shí)會(huì)一直阻塞，所以要放到子線程中;
• 每次接收到消息之后，重新調(diào)用 receivePacket.setLength;
• 收到消息刷新lastReceiveTime的值，暫停心跳包的發(fā)送;
• 處理收到的數(shù)據(jù)具體在業(yè)務(wù)上就是剛才我們談的發(fā)送數(shù)據(jù)的問(wèn)題，視業(yè)務(wù)而定。

“用戶”的概念

上文已經(jīng)談過(guò)了 UDP 的特性，假如一個(gè)手機(jī)已經(jīng)開啟了熱點(diǎn)，若多個(gè)手機(jī)與他相連接，則多個(gè)手機(jī)發(fā)送的消息它都可以收到。如果發(fā)送方的端口與接收方的端口相同的話，甚至自己發(fā)的消息，自己都可以收到。這就很尷尬了，也就是說(shuō)我們既要剔除自己發(fā)給自己的消息，也得區(qū)分不同手機(jī)發(fā)來(lái)的消息，這個(gè)時(shí)候就理應(yīng)有一個(gè)“用戶”的概念。

創(chuàng)建 User 對(duì)象，有哪些屬性可以看自己的業(yè)務(wù)，本文的例子就有 ip、imei、以及 softversion。

/** 
    * 創(chuàng)建本地用戶信息 
    */ 
   private void createUser() { 
       if (localUser == null) { 
           localUser = new Users(); 
       } 
       if (remoteUser == null) { 
           remoteUser = new Users(); 
       } 
       localUser.setImei(DeviceUtil.getDeviceId(mContext)); 
       localUser.setSoftVersion(DeviceUtil.getPackageVersionCode(mContext)); 
       if (WifiUtil.getInstance(mContext).isWifiApEnabled()) {// 判斷當(dāng)前是否是開啟熱點(diǎn)方 
           localUser.setIp("192.168.43.1"); 
       } else {// 當(dāng)前是開啟 wifi 方 
           localUser.setIp(WifiUtil.getInstance(mContext).getLocalIPAddress()); 
           remoteUser.setIp(WifiUtil.getInstance(mContext).getServerIPAddress()); 
       } 
   } 
   /** 
    * <p><b>IMEI.</b></p> Returns the unique device ID, for example, the IMEI for GSM and the MEID 
    * or ESN for CDMA phones. Return null if device ID is not available. 
    * <p> 
    * Requires Permission: READ_PHONE_STATE 
    * 
    * @param context 
    * @return 
    */ 
   public synchronized static String getDeviceId(Context context) { 
       if (context == null) { 
           return ""; 
       } 
       String imei = ""; 
       try { 
           TelephonyManager tm = (TelephonyManager) context.getSystemService(Context.TELEPHONY_SERVICE); 
           if (tm == null || TextUtils.isEmpty(tm.getDeviceId())) { 
               // 雙卡雙待需要通過(guò)phone1和phone2獲取imei，默認(rèn)取phone1的imei。 
               tm = (TelephonyManager) context.getSystemService("phone1"); 
           } 
           if (tm != null) { 
               imei = tm.getDeviceId(); 
           } 
       } catch (SecurityException e) { 
           e.printStackTrace(); 
       } 
       return imei; 
   }</p> 

這里就不將所有的代碼展開來(lái)看了。如果有了手機(jī)的 imei 號(hào)，那很容易就可以來(lái)做身份的區(qū)分，你既可以區(qū)分不同的發(fā)送方，也可以剔除掉自己發(fā)給自己的消息。當(dāng)然如果需要更多的信息，可以按照自己的業(yè)務(wù)區(qū)分，將這些信息作為發(fā)送的 messge，通過(guò) Socket 發(fā)送。

寫在后面：

到現(xiàn)在開始本文的大部分內(nèi)容都已經(jīng)介紹完成，有的同學(xué)可能會(huì)發(fā)問(wèn)，你要用一個(gè)心跳來(lái)維持一個(gè)假的“長(zhǎng)連接”，使用起來(lái)比較麻煩，而且還可能忍受 UDP 造成的丟包的痛苦，為什么不選擇 TCP 呢?問(wèn)得好，其實(shí)這個(gè)版本是當(dāng)時(shí)做的***個(gè)版本，之后就使用 TCP+UDP 的方式來(lái)完成這個(gè)模塊了，下一篇文章再來(lái)看看加上 TCP 的改進(jìn)版吧。