基於TCP協議的Java聊天小程序

基於TCP協議的Java聊天小程序

---

---

一、基本思路

1.1 利用ServerSocket和Socket通信基本原理

---

Java.net包中提供了ServerSocket和Socket類來實現基於TCP的通信。利用ServerSocket可以創建服務器，利用Socket類可以創建客戶端。API對這兩個類描述如下：

public class ServerSocket extends Object 此類實現服務器套接字服務器套接字等待請求通過網絡傳入。
它基於該請求執行某些操作，然後可能向請求者返回結果。

public class Socket extends Object
此類實現客戶端套接字（也可以就叫“套接字”）。套接字是兩臺機器間通信的端點。

客戶端-服務器通信工程中，服務器調用ServerSocket類的accept方法阻塞監聽某一端口是否來自有客戶端的的請求。若有，ServerSocket則利用accept得到客戶端的Socket對象。客戶端利用Socket的輸出流向服務端發送數據，服務端則利用客戶端的Socket對象的輸入流獲取客戶端向服務器發來的數據。服務端向客戶端發送數據時也是利用客戶端的Socket對象的輸出流。具體模型如下所示：

---

---

1.2 兩客戶端通信實現思路

---

首先，服務端利用ServerSocket類的accept方法阻塞監聽某一固定端口，此處監聽65532端口。然後，創建兩個客戶端，客戶端都向65532端口發送消息，客戶端之間通信需依靠服務端來轉發消息。如下圖示：

---

---

因此，創建Server類和Client類分別模擬服務器和客戶端。Server類開啓服務後監聽65532端口,當收到一個客戶端（用戶1）請求時，主線程則開啓一個線程處理用戶1的請求。主線程繼續監聽65532端口，當有新的客戶端（用戶2）發來請求時，主線程則再開啓一個線程處理用戶2的請求。主線程仍然繼續監聽65532端口。總之，Server類主線程用來監聽新用戶的請求，當新請求到達時則開啓新線程處理該請求。客戶端工作原理類似，客戶端需併發處理接受和發送信息兩個任務，因此，主線程用來處理髮送信息相關的任務，需開啓另一個線程來處理服務器發送來的消息。

---

服務器實現流程圖

---

---

二、代碼及運行結果

2.1 代碼

服務端Server類

/**
* @Description TODO服務端，提供轉發服務
* @version V1.0
* 
*/
public class Server {
    //@Fields clientsMap : 用來存儲client對象的Map，以便服務器轉發消息
    private Map<String,ClientInServer>  clientsMap
        = new HashMap<String,ClientInServer>();

    static int i = 1;



    public static void main(String[] args) {
        new Server().initServer(65532);
    }

    /** 
    * TODO(方法功能描述) 初始化服務端
    * @param port 服務端要監聽的端口號
     * @throws IOException 
    */
    private void initServer(int port) {
        //@Fields serverSocket :建立服務端socket服務。
        ServerSocket serverSocket = null;
        ClientInServer clientInServer = null;
        Socket  socket = null;
        if (port>1024&&port<65535) {
            try {
                serverSocket = new ServerSocket(port);
                System.out.println("服務器已開啓");
            } catch (BindException e) {
                System.out.println("該端口已經被佔用！");
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
                System.out.println("服務器開啓異常！");
            } 
        } else {
            System.out.println("端口號需在1024-65535之間！");
        }
        //循環監聽新用戶
        while (true) {
            String userName = "用戶"+i;
            i++;
            try {
                //阻塞監聽新用戶連到服務器
                socket = serverSocket.accept();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            //服務端的Socket
            clientInServer = new ClientInServer(socket);
            //clientInServer對象存入Map中
            clientsMap.put(userName, clientInServer);
            //開啓新線程
            new Thread(clientInServer).start();     }

    }
    /**
    * @Description TODO 內部類 消息轉發 
    * @version V1.0
    * 
    */
    private class ClientInServer implements Runnable{
        private Socket socket;
        InputStream inStream = null;
        DataInputStream din = null;
        OutputStream outStream = null;
        DataOutputStream dos = null;
        boolean flag = true;

        public ClientInServer(Socket socket) {
            this.socket = socket;
            try {
                //得到客戶端發送的消息
                inStream = socket.getInputStream();
                din = new DataInputStream(inStream);
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }

        }

        @Override
        public void run() {
            //某一客戶端發送的消息
            String message;
            try {
                while (flag) {
                    message = din.readUTF();
                    System.out.println(message);
                    toAllClients(message);
                }
            } catch (SocketException e) {
                flag = false;
                System.out.println("客戶下線");
                clientsMap.remove(this);
                // e.printStackTrace();
            } catch (EOFException e) {
                flag = false;
                System.out.println("客戶下線");
                clientsMap.remove(this);
                // e.printStackTrace();
            } catch (IOException e) {
                flag = false;
                System.out.println("接受消息失敗");
                clientsMap.remove(this);
                e.printStackTrace();
            }

            if (din != null) {
                try {
                    din.close();
                } catch (IOException e) {
                    System.out.println("din關閉失敗");
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if (inStream != null) {
                try {
                    inStream.close();
                } catch (IOException e) {
                    System.out.println("din關閉失敗");
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if (socket != null) {
                try {
                    socket.close();
                } catch (IOException e) {
                    System.out.println("din關閉失敗");
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }

        /** 
        * TODO(方法功能描述) 消息分發
        * @param message 要轉發的消息
        */
        private void toAllClients(String message) {
            //遍歷整個map
            ClientInServer cs;
            String userInfo = message;
            List<ClientInServer> csList = new ArrayList<ClientInServer>();

            for (String key :clientsMap.keySet() ) {
                System.out.println(key+"\n");
                //得到每個
                 cs = clientsMap.get(key);
                if (cs == this) {
                //cs==this 則自己是發送方,獲取發送名
                    userInfo = key+"說:"+message;
                } else {
                    csList.add(cs);
                }
            }

            for (ClientInServer c:csList) {
                try {
                    outStream = c.socket.getOutputStream();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                dos = new DataOutputStream(outStream);
                sentMes(userInfo);              
            }
        }

        /** 
        * TODO(方法功能描述) 發送
        * @param message
        */
        private void sentMes(String message) {
            try {
                dos.writeUTF(message);
                dos.flush();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }

            System.out.println("轉發成功！");

        }
    }
}

---

客戶端Client類

public class Client extends Frame {

    private static final long serialVersionUID = 1L;


    //@Fields textFieldContent :
    private TextField textFieldContent = new TextField();
    private TextArea textAreaContent = new TextArea();
    private Socket socket = null;
    private OutputStream out = null;
    private DataOutputStream dos = null;
    private InputStream in = null;
    private DataInputStream dis = null;
    private boolean flag = false;


    /** 
    * TODO 開啓客戶端界面
    * @param args
    */
    public static void main(String[] args) {
        new Client().init();
    }


    /** 
    * TODO(方法功能描述) 初始化界面，併爲控件添加事件監聽
    */
    private void init() {
        this.setSize(300, 300);
        setLocation(250, 150);
        setVisible(true);
        setTitle("WeChatRoom");

        // 添加控件
        this.add(textAreaContent);
        this.add(textFieldContent, BorderLayout.SOUTH);
        textAreaContent.setFocusable(false);
        pack();

        // 關閉事件
        addWindowListener(new WindowAdapter() {
            public void windowClosing(WindowEvent e) {
                System.out.println("用戶試圖關閉窗口");
                disconnect();
                System.exit(0);
            }

        });
        // textFieldContent添加回車事件
        textFieldContent.addActionListener(new ActionListener() {
            public void actionPerformed(ActionEvent e) {
                onClickEnter();
            }
        });

        // 建立連接
        connect();
        //爲客戶端接收消息開啓線程
        new Thread(new ReciveMessage()).start();
    }

    /**
    * @Description TODO 用來處理服務器發來的消息
    * @version V1.0
    * 
    */
    private class ReciveMessage implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            String time = new SimpleDateFormat("h:m:s").format(new Date());
            flag = true;
            try {
                while (flag) {
                    String message = dis.readUTF();
                    textAreaContent.append(time+":\n"+message + "\n");
                }
            } catch (EOFException e) {
                flag = false;
                System.out.println("客戶端已關閉");
            } catch (SocketException e) {
                flag = false;
                System.out.println("客戶端已關閉");
            } catch (IOException e) {
                flag = false;
                System.out.println("接受消息失敗");
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }


    /** 
    * TODO 回車發送消息
    */
    private void onClickEnter() {
        // 去掉首末空格
        String message = textFieldContent.getText().trim();
        if (message != null && !message.equals("")) {
            String time = new SimpleDateFormat("h:m:s").format(new Date());
            textAreaContent.append(time + "\n我說:" + message + "\n");
            textFieldContent.setText("");
            sendMessageToServer(message);
        }
    }

    /** 
    * TODO(方法功能描述) 給服務端發送消息
    * @param message 要發送的消息
    */
    private void sendMessageToServer(String message) {
        try {
            dos.writeUTF(message);
            dos.flush();
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("發送消息失敗");
            e.printStackTrace();
        }
    }


    /** 
    * TODO(方法功能描述) 客戶端Socket連接服務端
    */
    private void connect() {
        try {
            socket = new Socket("localhost", 65532);
            out = socket.getOutputStream();
            dos = new DataOutputStream(out);
            in = socket.getInputStream();
            dis = new DataInputStream(in);
        } catch (UnknownHostException e) {
            System.out.println("申請鏈接失敗");
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("申請鏈接失敗");
            e.printStackTrace();
        }
    }


    /** 
    * TODO(方法功能描述) 關閉Socket及流
    */
    private void disconnect() {
        flag = false;
        if (dos != null) {
            try {
                dos.close();
            } catch (IOException e) {
                System.out.println("dos關閉失敗");
                e.printStackTrace();
            }
        }
        if (out != null) {
            try {
                out.close();
            } catch (IOException e) {
                System.out.println("dos關閉失敗");
                e.printStackTrace();
            }
        }
        if (socket != null) {
            try {
                socket.close();
            } catch (IOException e) {
                System.out.println("socket關閉失敗");
                e.printStackTrace();
            };
        }
    }

}

---

2.2、運行結果

三、存在的問題

1.採用新線程處理客戶端請求，存在線程安全問題。
2.客戶端通信時，顯示的時間有問題。這個問題也是由於採用了多線程。