面试题：Java UDP Socket编程下实现可靠传输的优化策略

Question

我们都知道UDP协议是不可靠传输协议，但在某些场景下需要在Java的UDP Socket编程中实现可靠传输。请深入探讨实现可靠UDP传输的优化策略，包括但不限于如何处理丢包、乱序以及流量控制等问题，并给出关键代码片段说明。

Answer 1

处理丢包问题

1. 确认机制：发送方发送数据后，等待接收方的确认（ACK）。若在一定时间内未收到ACK，则重发数据。

DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
InetAddress address = InetAddress.getByName("localhost");
byte[] data = "Hello, UDP!".getBytes();
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, data.length, address, 12345);
socket.send(packet);

// 设置超时时间为1000毫秒
socket.setSoTimeout(1000);
boolean receivedACK = false;
while (!receivedACK) {
    try {
        byte[] ackData = new byte[1024];
        DatagramPacket ackPacket = new DatagramPacket(ackData, ackData.length);
        socket.receive(ackPacket);
        receivedACK = true;
    } catch (SocketTimeoutException e) {
        socket.send(packet); // 重发
    }
}

2. 序列号：为每个数据包添加序列号，接收方根据序列号判断是否有数据包丢失。发送方记录已发送数据包的序列号及发送时间，用于重发判断。

处理乱序问题

1. 序列号排序：接收方接收到数据包后，根据序列号对数据包进行排序。

// 假设接收到的数据包存储在List<DatagramPacket> packets中
Collections.sort(packets, Comparator.comparingInt(p -> {
    byte[] data = p.getData();
    // 假设序列号在数据包前4个字节
    return ByteBuffer.wrap(data, 0, 4).getInt();
}));

流量控制

1. 窗口机制：发送方维护一个发送窗口，窗口大小表示可以连续发送的未确认数据包数量。接收方通过ACK告知发送方自己的接收窗口大小。

// 发送方
int sendWindowSize = 5;
int nextSeqNum = 0;
while (true) {
    if (nextSeqNum - sentAckedSeqNum < sendWindowSize) {
        byte[] data = ("Data " + nextSeqNum).getBytes();
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, data.length, address, 12345);
        socket.send(packet);
        sentPackets.put(nextSeqNum, packet);
        nextSeqNum++;
    }
    // 接收ACK并调整窗口
    byte[] ackData = new byte[1024];
    DatagramPacket ackPacket = new DatagramPacket(ackData, ackData.length);
    socket.receive(ackPacket);
    int ackSeqNum = ByteBuffer.wrap(ackData, 0, 4).getInt();
    if (ackSeqNum > sentAckedSeqNum) {
        sentAckedSeqNum = ackSeqNum;
    }
}

2. 拥塞控制：根据网络拥塞情况动态调整发送窗口大小。例如，当重发次数过多时，减小发送窗口；当连续收到ACK时，适当增大发送窗口。