Java单播、广播、多播(组播)

1. 通信方式分类

在当前网络通信中，主要存在三种通信模式：单播、广播和多播（组播）。其中多播出现时间最晚，同时兼具单播和广播的优点。

单播 (Unicast)：单台主机与单台主机之间的通信。
广播 (Broadcast)：单台主机与网络中的所有主机通信。
多播 (Multicast)：单台主机与选定的一组主机通信。

2. 单播 (Unicast)

单播是网络通信中最常见的模式，网络节点之间的通信就好像人们之间的对话。如果一个人对另外一个人说话，用网络术语描述即为“单播”，此时信息的接收和传递只在两个节点之间进行。

2.1 单播的优点

服务器能够响应客户端的请求。
服务器能针对每个客户端的不同请求发送不同的响应，容易实现个性化服务。

2.2 单播的缺点

服务器需要针对每个客户机发送数据流。服务器总流量 = 客户机数量 × 客户机流量。在客户数量大、每个客户机流量大的流媒体应用中，服务器容易不堪重负。

2.3 应用场景

单播在网络中得到了广泛的应用，网络上绝大部分的数据都是以单播的形式传输的。例如：收发电子邮件、浏览网页时，必须与邮件服务器、网站服务器建立连接，此时使用的就是单播通信方式。

3. 广播 (Broadcast)

“广播”可以比喻为：一个人通过广播喇叭对在场的全体说话（不管对方是否乐意听）。换句话说，广播是一台主机对某一个网络上的所有主机发送数据报包。这个网络可能是整个网络，也可能是子网，还有可能是所有子网。

广播主要分为两类：本地广播和定向广播。

定向广播：将数据报包发送到本网络之外的特定网络的所有主机。由于互联网上的大部分路由器都不转发定向广播消息，此处不再深入介绍。
本地广播：将数据报包发送到本地网络的所有主机。IPv4 的本地广播地址为 255.255.255.255，路由器不会转发此广播。

3.1 广播的优点

通信效率高，信息可以一次性传递到某一个网络上的所有主机。
服务器不用向每个客户端单独发送数据，因此服务器负载较低。

3.2 广播的缺点

非常占用网络带宽。
缺乏针对性，不管主机是否真的需要接收该数据，都会强制接收。

3.3 应用场景

有线电视就是典型的广播型网络。

Java 广播示例：

客户端发送程序

// 发送端程序
public class BroadcastTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 广播的实现：由客户端发出广播，服务器端接收
        String host = "255.255.255.255"; // 广播地址
        int port = 9999; // 广播的目的端口
        String message = "test"; // 用于发送的字符串
        try {
            InetAddress adds = InetAddress.getByName(host);
            DatagramSocket ds = new DatagramSocket();
            DatagramPacket dp = new DatagramPacket(message.getBytes(), message.length(), adds, port);
            ds.send(dp);
            ds.close();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

服务器端接收程序

// 服务器端接收程序
public class BroadcastServer {
    public static void main(String[] args) {
        int port = 9999; // 开启监听的端口
        DatagramSocket ds = null;
        DatagramPacket dp = null;
        byte[] buf = new byte[1024]; // 存储发来的消息
        StringBuffer sbuf = new StringBuffer();
        try {
            // 绑定端口
            ds = new DatagramSocket(port);
            dp = new DatagramPacket(buf, buf.length);
            System.out.println("监听广播端口打开：");
            ds.receive(dp);
            ds.close();
            int i;
            for (i = 0; i < 1024; i++) {
                if (buf[i] == 0) {
                    break;
                }
                sbuf.append((char) buf[i]);
            }
            System.out.println("收到广播消息：" + sbuf.toString());
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

4. 多播/组播 (Multicast)

“组播”可以比喻为：你对着大街喊：“是男人的来一下，一人发一百块”。那么男的会过来，女的就不会过来，因为没有钱发她不理你（组播中所有的男生就是一个组）。

换句话说，组播是一台主机向指定的一组主机发送数据报包。如果采用单播方式，逐个节点传输，有多少个目标节点就会有多少次传送过程，效率极低；如果采用不区分目标、全部发送的广播方式，虽然一次可以传送完数据，但达不到区分特定数据接收对象的目的，且会占用网络带宽。采用组播方式，既可以实现一次传送所有目标节点的数据，也可以达到只对特定对象传送数据的目的。

IP 网络的组播一般通过组播 IP 地址来实现。组播 IP 地址就是 D 类 IP 地址，即 224.0.0.0 至 239.255.255.255 之间的 IP 地址。

4.1 组播的优点

具备广播所具备的所有优点。
与单播相比，提高了发送数据报包的效率；与广播相比，减少了网络流量。

4.2 组播的缺点

与单播协议相比没有纠错机制，发生丢包错包后难以弥补，但可以通过一定的容错机制和 QoS 加以弥补。

组播的简单示例：

客户端发送消息

// 发送端程序
public class SendUdp {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        MulticastSocket ms = null;
        DatagramPacket dataPacket = null;
        ms = new MulticastSocket();
        ms.setTimeToLive(32);
        // 将本机的 IP 地址放到数据包里，其实 server 端接收到数据包后也能获取到发包方的 IP 的
        byte[] data = "组播 测试".getBytes();
        InetAddress address = InetAddress.getByName("239.0.0.255");
        dataPacket = new DatagramPacket(data, data.length, address, 8899);
        ms.send(dataPacket);
        ms.close();
    }
}