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N-04: UDP 通信（DatagramSocket）

DatagramSocket と DatagramPacket を使った UDP 通信の基本を解説します。UDP（User Datagram Protocol）は TCP と異なり接続確立を行わないコネクションレスなプロトコルです。オーバーヘッドが小さく、遅延に敏感なリアルタイムアプリケーションに適しています。

TCP と UDP の違い

項目	TCP	UDP
接続方式	コネクション型（3ウェイハンドシェイク）	コネクションレス
信頼性	高い（順序保証・再送あり）	なし（ベストエフォート）
速度・遅延	比較的遅い（確認応答あり）	高速・低遅延
パケット順序	保証される	保証されない
ユースケース	HTTP、FTP、メール	DNS、動画ストリーミング、ゲーム
Java クラス	ServerSocket / Socket	DatagramSocket / DatagramPacket

サンプルコード

受信側（レシーバー）を別スレッドで起動し、送信側がデータグラムパケットを送る実装例です。ログ収集や監視データの送信など、多少のパケット欠落が許容されるユースケースに適したパターンです。

Sample.java

import java.io.*;
import java.net.*;
import java.util.concurrent.*;

public class UdpSocketSample {
    private static final int PORT = 9001;
    private static final String HOST = "localhost";

    // 受信側: DatagramSocket.receive() でパケット受信
    public static void startReceiver(ExecutorService executor) throws Exception {
        DatagramSocket receiverSocket = new DatagramSocket(PORT);
        executor.submit(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    byte[] buffer = new byte[1024];
                    DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);
                    receiverSocket.receive(packet); // パケット受信（ブロッキング）
                    String message = new String(packet.getData(), 0, packet.getLength(), "UTF-8");
                    System.out.println("受信: " + message
                            + " (from " + packet.getAddress() + ":" + packet.getPort() + ")");
                    receiverSocket.close();
                } catch (IOException e) {
                    // 受信終了
                }
            }
        });
    }

    // 送信側: DatagramPacket でデータグラム送信
    public static void sendMessage(String message) throws IOException {
        try (DatagramSocket senderSocket = new DatagramSocket()) {
            byte[] data = message.getBytes("UTF-8");
            InetAddress address = InetAddress.getByName(HOST);
            DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, data.length, address, PORT);
            senderSocket.send(packet);
            System.out.println("送信: " + message);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();

        startReceiver(executor);
        Thread.sleep(100); // 受信側起動待ち

        sendMessage("ログメッセージ: サービス起動完了");

        executor.awaitTermination(2, TimeUnit.SECONDS);
        executor.shutdown();
    }
}

よくあるミス・注意点

⚠️ UDP はコネクションレスなので相手が受信できなくてもエラーにならない

senderSocket.send(packet) は受信側が存在しない場合でも例外をスローせずに正常終了します。「送信が成功した」＝「相手が受信した」ではない点に注意してください。受信確認が必要な場合は TCP を使うか、アプリケーション層で確認応答の仕組みを自前で実装する必要があります。

// UDP: 受信側がいなくても例外が発生しない
senderSocket.send(packet); // 相手が起動していなくても成功する

// 受信確認が必要な場合は TCP（ServerSocket / Socket）を使うこと

📌 1 つの DatagramPacket の最大サイズは 65507 バイト

UDP ペイロードの理論的な最大サイズは 65507 バイト（65535 - IP ヘッダー 20 バイト - UDP ヘッダー 8 バイト）です。これを超えるデータは送信できません。また、ネットワーク経路の MTU（最大転送単位）によって実際にはもっと小さいサイズに制限される場合があります。大きなデータを送る場合は TCP を使うか、データを分割して送ることを検討してください。

📌 パケットの順序は保証されない

UDP ではパケットが送信した順番通りに届く保証はありません。連続して複数のパケットを送ると、受信側では逆順や途中抜けで届く場合があります。順序が重要なデータ（例: 動画フレーム番号、トランザクション ID）はアプリケーション側でシーケンス番号を付与して管理する必要があります。

📌 UDP は低遅延が求められるアプリに向く

TCP の3ウェイハンドシェイクや確認応答（ACK）がない分、UDP は遅延が小さく高速です。オンラインゲーム（位置情報の送信）、動画・音声ストリーミング、DNS クエリなど「多少のパケット欠落より低遅延を優先したい」場面で活躍します。信頼性よりもリアルタイム性が重要な場合に UDP を選択しましょう。

テストする観点

受信側を起動した後に送信すると、メッセージが正しく届くか
日本語を含む文字列が UTF-8 で正しくエンコード・デコードされるか（バイト列のエンコーディング確認）
送信したバイト数と受信した packet.getLength() が一致するか
1024 バイトを超えるペイロードを送信した場合に正しく処理されるか（バッファサイズの境界値テスト）
packet.getAddress() と packet.getPort() に送信元情報が正しく格納されているか
受信タイムアウト（socket.setSoTimeout()）を設定した場合にパケットが来なければ SocketTimeoutException が発生するか

GitHub でソースコードを見る →

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