Java 網路程式設計基礎（下）：DatagramSocket 與 UDP 無連線通訊

為什麼需要 Datagram Socket？

Stream Socket (TCP)：連線導向、可靠、有序、流量控制，但建立連線需三次交握、維護狀態、開銷大。
Datagram Socket (UDP)：無連線、不可靠、無序、無流控，但延遲低、開銷小、支援一對多 (廣播/多點傳送)。

UDP 封裝結構

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|   IP Header      |  (來源/目的 IP)
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|   UDP Header     |  (來源/目的 Port, Length, Checksum)
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|   Data (≤ 64KB)  |  應用層資料
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UDP 標頭僅 8 bytes，極度輕量。Checksum 提供基本錯誤檢測，失敗則靜默丟棄，不重傳、不通知發送端——像寄明信片，投遞不保證。

核心三大類別

1. DatagramPacket：資料包容器，封裝資料位元組陣列 + 目的地址/埠 (發送) 或 來源地址/埠 (接收)。
2. DatagramSocket：本地端點，綁定本地埠發送/接收資料包。
3. MulticastSocket：DatagramSocket 子類，支援多點傳送群組加入/離開。

DatagramPacket 完整用法

建構子選擇指南

動態修改資料包內容 (發送迴圈優化)

// 建立一次，重複使用
byte[] dummy = new byte[0];
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(dummy, 0, groupAddr, port);

for (String msg : messages) {
    byte[] data = msg.getBytes(StandardCharsets.UTF_8); // 指定編碼
    packet.setData(data);
    packet.setLength(data.length);
    socket.send(packet);
}

接收端標準模式

byte[] buffer = new byte[65507]; // UDP 最大承載 (65535 - 8 UDP - 20 IP)
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);

while (running) {
    socket.receive(packet); // 阻塞
    // 處理資料
    String received = new String(packet.getData(), 0, packet.getLength(), StandardCharsets.UTF_8);
    InetAddress senderAddr = packet.getAddress();
    int senderPort = packet.getPort();
    // 回覆可直接用 packet.getAddress()/getPort() 建新包
}

DatagramSocket 關鍵配置

• setSoTimeout(int ms)：設定 receive() 阻塞超時，避免永久阻塞，超時拋 SocketTimeoutException。
• setBroadcast(true)：允許發送廣播封包 (255.255.255.255 或子網廣播位址)。
• setReuseAddress(true)：允許多個 Socket 綁定同一埠 (SO_REUSEADDR)，集群部署常用。
• setTrafficClass(int tc)：設定 QoS (DiffServ/ToS)，如 IPTOS_LOWDELAY。

UDP 應用場景與避坑指南

進階：應用層實現可靠 UDP (RUDP 思想)

若必須用 UDP 又需可靠性，應用層需實現：

1. 序號：每個封包遞增 ID，接收端去重/排序。
2. ACK/NACK：接收端確認收到，發送端超時重傳。
3. 滑動視窗：流控與擁塞控制。
4. FEC (前向糾錯)：冗餘編碼 (Reed-Solomon/XOR)，接收端自行修復少量丟包。

不要重複造輪子！成熟專案請直接使用 Netty (UDP 支援)、QUIC/HTTP/3、gRPC over HTTP/2、RTP/RTCP (媒體流) 等標準協議框架。