Java UDP 程式設計完整教學：從原理到實作

UDP 協議簡介

UDP（User Datagram Protocol，使用者資料報協議）位於 OSI 第 4 層傳輸層，IP 協議之上。特點：無連線、不可靠、無序、無流量控制。發送後不保證送達、不重組、不排序。優點：開銷小、速度快。適用場景：音視訊串流、即時通訊（如 ICQ/QQ）、允許少量丟包的資料傳輸。

核心類別

• InetAddress：封裝 IP 位址，靜態工廠方法 getLocalHost()、getByName(host)、getAllByName(host)。
• DatagramSocket：收發 UDP 封包的端點。
  • 建構子：DatagramSocket()（客戶端，臨時埠）、DatagramSocket(port)（伺服端固定埠）、DatagramSocket(port, InetAddress)（多網卡綁定特定 IP）。
  • 核心方法：receive(p)（阻塞接收）、send(p)（發送）、setSoTimeout(ms)（設定超時）、close()（釋放資源）。
• DatagramPacket：封裝資料緩衝區、目標位址/埠。
  • 建構子：發送用 (buf, length, addr, port)、(buf, offset, length, addr, port)；接收用 (buf, length)、(buf, offset, length)。
  • 關鍵方法：getData() 取得位元組陣列。

封包大小限制

TCP/IP 規定 UDP 封包最大 65,507 位元組。實務上多數主機支援 548 位元組，現代平台通常支援 8,192 位元組。超過 MTU 會分片，增加丟包風險，建議應用層控制在 1,400 位元組以內。

完整範例

伺服端（接收）

public class UdpServer {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        byte[] buf = new byte[1024];
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket(12345);
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buf, buf.length);
        System.out.println("UDP Server listening on 12345...");
        while (true) {
            socket.receive(packet); // 阻塞
            String msg = new String(packet.getData(), 0, packet.getLength(), "UTF-8");
            System.out.printf("From %s:%d -> %s%n", packet.getAddress(), packet.getPort(), msg);
        }
    }
}

客戶端（發送）

public class UdpClient {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        InetAddress target = InetAddress.getByName("localhost");
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket(); // 任意埠
        String msg = "Hello, UDP!";
        byte[] buf = msg.getBytes("UTF-8");
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buf, buf.length, target, 12345);
        socket.send(packet);
        System.out.println("Sent: " + msg);
        socket.close();
    }
}

進階主題

• 多播：MulticastSocket 加入群組 joinGroup()。
• 可靠性補強：應用層實作 ACK/重傳/序號（如 QUIC、RUDP）。
• NAT 穿透：STUN/TURN/ICE 技術。
• 非阻塞 IO：DatagramChannel + Selector 實作高併發。

常見坑點

1. 忘記 setSoTimeout 導致 receive() 永久阻塞。
2. 緩衝區太小造成資料截斷。
3. 未處理 SocketException（埠被佔用）。
4. 假設封包有序/必達，導致邏輯錯誤。