编辑“︁Java DatagramPacket”︁

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'''Java DatagramPacket''' 是 Java 网络编程中用于实现无连接数据包传输的核心类，属于 <code>java.net</code> 包。它通常与 [[Java DatagramSocket|DatagramSocket]] 配合使用，支持 [[UDP]]（用户数据报协议）通信。与面向连接的 [[TCP]] 不同，UDP 不保证数据包的顺序或可靠性，但具有低延迟和高吞吐量的特点，适用于实时应用（如视频流、在线游戏等）。

== 概述 ==
DatagramPacket 表示一个数据包，包含以下核心信息：
* '''数据缓冲区'''（byte[]）：存储实际传输的数据
* '''长度'''：数据包的有效数据长度
* '''目标地址'''（IP + 端口）：用于发送数据包
* '''源地址'''（IP + 端口）：接收数据包时自动填充

=== 类签名 ===
<syntaxhighlight lang="java">
public final class DatagramPacket extends Object
</syntaxhighlight>

== 构造函数 ==
DatagramPacket 提供两种主要构造函数：

=== 接收数据包 ===
<syntaxhighlight lang="java">
// 创建用于接收的包（不指定目标地址）
DatagramPacket(byte[] buf, int length)
</syntaxhighlight>

=== 发送数据包 ===
<syntaxhighlight lang="java">
// 创建用于发送的包（指定目标地址）
DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress address, int port)
</syntaxhighlight>

== 核心方法 ==
{| class="wikitable"
|-
! 方法 !! 描述
|-
| <code>byte[] getData()</code> || 返回数据缓冲区
|-
| <code>int getLength()</code> || 返回有效数据长度
|-
| <code>InetAddress getAddress()</code> || 返回目标/源地址
|-
| <code>int getPort()</code> || 返回目标/源端口
|-
| <code>void setData(byte[] buf)</code> || 设置数据缓冲区
|-
| <code>void setLength(int length)</code> || 设置有效数据长度
|}

== 基础示例 ==
=== 发送端代码 ===
<syntaxhighlight lang="java">
import java.net.*;

public class UDPSender {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
        String message = "Hello UDP!";
        byte[] data = message.getBytes();
        
        InetAddress address = InetAddress.getByName("localhost");
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(
            data, data.length, address, 9876);
        
        socket.send(packet);
        System.out.println("Sent: " + message);
        socket.close();
    }
}
</syntaxhighlight>

=== 接收端代码 ===
<syntaxhighlight lang="java">
import java.net.*;

public class UDPReceiver {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket(9876);
        byte[] buffer = new byte[1024];
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);
        
        socket.receive(packet);
        String received = new String(
            packet.getData(), 0, packet.getLength());
        System.out.println("Received: " + received);
        socket.close();
    }
}
</syntaxhighlight>

=== 执行结果 ===
先运行接收端，再运行发送端：
<pre>
接收端输出: Received: Hello UDP!
发送端输出: Sent: Hello UDP!
</pre>

== 高级应用 ==
=== 数据包分片 ===
UDP 最大包长受 [[MTU]] 限制（通常 1500 字节）。大文件需要分片传输：

<syntaxhighlight lang="java">
// 发送分片示例
byte[] largeData = /* 大文件数据 */;
int chunkSize = 1400; // 小于MTU
for (int i = 0; i < largeData.length; i += chunkSize) {
    int length = Math.min(chunkSize, largeData.length - i);
    DatagramPacket chunk = new DatagramPacket(
        largeData, i, length, address, port);
    socket.send(chunk);
}
</syntaxhighlight>

=== 校验和验证 ===
UDP 不保证可靠性，可手动添加校验：

<syntaxhighlight lang="java">
// 添加简单校验和
byte[] originalData = /* 原始数据 */;
byte checksum = calculateChecksum(originalData);
byte[] packetData = new byte[originalData.length + 1];
System.arraycopy(originalData, 0, packetData, 0, originalData.length);
packetData[packetData.length - 1] = checksum;

// 接收端验证
byte receivedChecksum = packetData[packetData.length - 1];
if (receivedChecksum != calculateChecksum(
    Arrays.copyOf(packetData, packetData.length - 1))) {
    throw new IOException("Checksum mismatch");
}
</syntaxhighlight>

== 协议分析 ==
DatagramPacket 在 UDP 协议栈中的位置：
<mermaid>
sequenceDiagram
    participant App as 应用程序
    participant Java as Java API
    participant OS as 操作系统
    participant Net as 网络
    
    App->>Java: 创建DatagramPacket
    Java->>OS: 调用系统socket API
    OS->>Net: 发送UDP数据报
    Net-->>OS: 接收UDP数据报
    OS-->>Java: 填充DatagramPacket
    Java-->>App: 返回数据
</mermaid>

== 性能考量 ==
* '''缓冲区复用'''：避免频繁创建新缓冲区
* '''线程模型'''：考虑使用 [[NIO]] 的非阻塞模式处理高并发
* '''超时设置'''：通过 <code>setSoTimeout()</code> 避免无限等待

== 安全实践 ==
* 验证数据包来源（防止IP欺骗）：
<syntaxhighlight lang="java">
if (!packet.getAddress().equals(trustedAddress)) {
    throw new SecurityException("Untrusted source");
}
</syntaxhighlight>

* 限制数据包大小：
<syntaxhighlight lang="java">
if (packet.getLength() > MAX_ALLOWED_SIZE) {
    throw new IOException("Packet too large");
}
</syntaxhighlight>

== 实际应用场景 ==
=== 网络游戏位置同步 ===
客户端每秒发送多次玩家位置数据包：
<syntaxhighlight lang="java">
// 游戏客户端发送位置数据
class PlayerPosition {
    float x, y, z;
    long timestamp;
}

ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
DataOutputStream dos = new DataOutputStream(baos);
dos.writeFloat(x); dos.writeFloat(y); dos.writeFloat(z);
dos.writeLong(System.currentTimeMillis());

DatagramPacket packet = new DatagramPacket(
    baos.toByteArray(), baos.size(), serverAddress, port);
socket.send(packet);
</syntaxhighlight>

=== IoT 设备状态上报 ===
传感器设备定期发送状态数据：
<syntaxhighlight lang="java">
// 温度传感器数据包结构
byte[] createSensorPacket(float temp, int battery) {
    byte[] data = new byte[5];
    data[0] = (byte)(temp * 10); // 0.1度精度
    data[1] = (byte)((int)(temp * 100) % 10);
    System.arraycopy(
        ByteBuffer.allocate(4).putInt(battery).array(),
        0, data, 2, 3); // 3字节存储电量
    return data;
}
</syntaxhighlight>

== 常见问题 ==
{{Q&A
|question = 为什么我的 DatagramPacket 接收不到数据？
|answer = 可能原因：
* 防火墙/安全组阻止了UDP端口
* 发送方未正确指定目标端口
* 接收缓冲区小于发送的数据包
* 网络路由问题（UDP无重传机制）
}}

{{Q&A
|question = 如何获取发送方的地址？
|answer = 接收数据包后调用：
<syntaxhighlight lang="java">
InetAddress senderAddress = packet.getAddress();
int senderPort = packet.getPort();
</syntaxhighlight>
}}

== 数学原理 ==
UDP 校验和计算（RFC 1071）：
<math>
\text{checksum} = \overline{\sum_{i=1}^n (data_i \ll 8) + data_{i+1}}
</math>

其中：
* <math>\overline{x}</math> 表示按位取反
* <math>\ll</math> 表示左移运算
* 求和使用16位补码运算

== 参见 ==
* [[Java DatagramSocket]]
* [[Java NIO DatagramChannel]]
* [[UDP协议]]
* [[网络编程基础]]

[[Category:Java网络编程]]
[[Category:Java类库]]

[[Category:编程语言]]
[[Category:Java]]