Socket的UDP协议在erlang中的实现

现在我们看看UDP协议(User Datagram Protocol，用户数据报协议)。使用UDP，互联网上的机器之间可以互相发送小段的数据，叫做数据报。UDP数据报是不可靠的，这意味着如果客户端发送一系列的UDP数据报到服务器，收到的数据报顺序可能是错误的。不过收到的数据报肯定是正确的。大的数据报会被分为多个小的分片，IP协议负责重新组装这些分片，并最终交付给应用。

UDP是无连接的协议，这意味着客户端无需连接服务器即可发送消息。这也意味着程序更加适于大量客户端收发小的消息报文。

在Erlang中编写UDP客户端和服务器比TCP时更简单，因为我们无需管理连接。

1 简单的UDP服务器和客户端

首先，我们看看服务器，一个通用的服务器样式如下:

 server(Port) ->
     {ok,Socket} = gen_udp:open(Port,[binary]),
     loop(Socket).
 
 loop(Socket) ->
     receive
         {udp,Socket,Host,Port,Bin} ->
             BinReply = ... ,
             gen_udp:send(Socket,Host,Port,BinReply),
             loop(Socket)
     end.

这里比TCP协议的例子更简单，因为我们至少不需要关心连接关闭的消息。注意我们以二进制方式打开socket，驱动也会以二进制数据的形式将报文发送到应用。

注意客户端。这里有个简单的客户端。它仅仅打开UDP socket，发送消息到服务器，等待响应(或超时)，然后关闭socket并返回从服务器接收到的值。

client(Request) ->
    {ok,Socket} = gen_udp:open(0,[binary]),
    ok = gen_udp:send(Socket,"localhost",4000,Request),
    Value = receive
                {udp,Socket,_,_,Bin} ->
                    {ok,Bin}
                after 2000 ->
                    error
                end,
    gen_udp:close(Socket),
    Value

我们必须拥有一个超时，否则UDP的不可靠会让我们永远得不到响应。

2 一个UDP阶乘服务器

我们可以很容易的构造一个UDP的阶乘服务器。代码模仿前一节。

-module(upd_test).
-export([start_server/0,client/1]).
 
start_server() ->
    spawn(fun() -> server(4000) end).

%% 服务器

server(Port) ->
    {ok,Socket}=gen_udp:open(Port,,[binary]),
    io:format("server opened socket:~p~n",[Socket]),
    loop(Socket).
 
loop(Socket) ->
    receive
        {udp,Socket,Host,Port,Bin} =Msg ->
            io:format("server received:~p~n",[Msg]),
            N=binary_to_term(Bin),
            Fac=fac(N),
            gen_udp:send(Socket,Host,Port,term_to_binary(Fac)),
            loop(Socket)
    end.
 
fac(0) -> 1;
fac(N) -> N*fac(N-1).

%% 客户端

client(N) ->
    {ok,Socket} = gen_upd:open(0,[binary]),
    io:format("client opened socket=~p~n",[Socket]),
    ok=gen_udp:send(Socket,"localhost",4000,term_to_binary(N)),
    Value=receive
        {udp,Socket,_,_,Bin}=Msg ->
            io:format("client received:~p~n",[Msg]),
            binary_to_term(Bin)
        after 2000 ->
            0
        end,
    gen_udp:close(Socket),
    Value

注意我增加了一些打印语句，所以我们可以看到程序执行的过程。我一般是开发阶段加很多打印语句，而在工作正常后就注释掉了。

现在让我们运行例子，首先启动服务器:

1> udp_test:start_server().
server opened socket:#Port<0.106>
<0.34.0>

这会在后台运行，所以我们发出一个客户端请求:

2> udp_test:client(40).
client opened socket=#Port<0.105>
server received:{udp,#Port<0.106>,{127,0,0,1},32785,<<131,97,40>>}
client received:{udp,#Port<0.105>,
                  {127,0,0,1},4000,
                  <<131,110,20,0,0,0,0,0,64,37,5,255,
                    100,222,15,8,126,242,199,132,27,
                    232,234,142>>}
815915283247897734345611269596115894272000000000

3 UDP的附加注释

我们必须注意的是UDP是无连接的协议，也就四海服务器无法拒绝客户端发送数据，甚至不知道客户端是谁。

大个的UDP报文会被切分成多个分片分别在网络上传输。分片发生在数据报长度大于最大传输单元(MTU)时，以确保通过路由器等网络设备以后仍然可以到达。一般的测量方法是开始于一个足够小的包(比如500字节)，然后逐渐增加，直到发现MTU为止。如果在某一点发现数据报被丢弃了，那么，你就直到可以传输的最大报文长度了。

一个UDP数据报可以被传输两次，所以你必须小心的编码以防备这个事。因为他可能会对同一个请求的第二次出现而再做一次响应。想要防止，我们可以修改客户端代码来在每个请求中加一个唯一引用，并且检查响应中的这个唯一引用。想要生成一个唯一引用，我们可以用Erlang BIF的 make_ref ，就会生成一个全局唯一引用。远程过程调用现在可以这样写:

client(Request) ->
    {ok,Socket} = gen_udp:open(0,[binary]),
    Ref=make_ref(),
    B1=term_to_binary({Ref,Request}),
    ok=gen_udp:send(Socket,"localhost",4000,B1),
    wait_for_ref(Socket,Ref).
 
wait_for_ref(Socket,Ref) ->
    receive
        {udp,Socket,_,_,Bin} ->
            case binary_to_term(Bin) of
                {Ref,Val} ->
                    Val;
                {_SomeOtherRef,_} ->
                    wait_for_ref(Socket,Ref)
            end;
    after 1000 ->
        ...
    end.

ps：这里它相当于加上了个ref的唯一值，去检查clinet返回响应的做校验.