基于TCP协议的Java聊天小程序

基于TCP协议的Java聊天小程序

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一、基本思路

1.1 利用ServerSocket和Socket通信基本原理

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Java.net包中提供了ServerSocket和Socket类来实现基于TCP的通信。利用ServerSocket可以创建服务器，利用Socket类可以创建客户端。API对这两个类描述如下：

public class ServerSocket extends Object 此类实现服务器套接字服务器套接字等待请求通过网络传入。
它基于该请求执行某些操作，然后可能向请求者返回结果。

public class Socket extends Object
此类实现客户端套接字（也可以就叫“套接字”）。套接字是两台机器间通信的端点。

客户端-服务器通信工程中，服务器调用ServerSocket类的accept方法阻塞监听某一端口是否来自有客户端的的请求。若有，ServerSocket则利用accept得到客户端的Socket对象。客户端利用Socket的输出流向服务端发送数据，服务端则利用客户端的Socket对象的输入流获取客户端向服务器发来的数据。服务端向客户端发送数据时也是利用客户端的Socket对象的输出流。具体模型如下所示：

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1.2 两客户端通信实现思路

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首先，服务端利用ServerSocket类的accept方法阻塞监听某一固定端口，此处监听65532端口。然后，创建两个客户端，客户端都向65532端口发送消息，客户端之间通信需依靠服务端来转发消息。如下图示：

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因此，创建Server类和Client类分别模拟服务器和客户端。Server类开启服务后监听65532端口,当收到一个客户端（用户1）请求时，主线程则开启一个线程处理用户1的请求。主线程继续监听65532端口，当有新的客户端（用户2）发来请求时，主线程则再开启一个线程处理用户2的请求。主线程仍然继续监听65532端口。总之，Server类主线程用来监听新用户的请求，当新请求到达时则开启新线程处理该请求。客户端工作原理类似，客户端需并发处理接受和发送信息两个任务，因此，主线程用来处理发送信息相关的任务，需开启另一个线程来处理服务器发送来的消息。

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服务器实现流程图

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二、代码及运行结果

2.1 代码

服务端Server类

/**
* @Description TODO服务端，提供转发服务
* @version V1.0
* 
*/
public class Server {
    //@Fields clientsMap : 用来存储client对象的Map，以便服务器转发消息
    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) 初始化服务端
    * @param port 服务端要监听的端口号
     * @throws IOException 
    */
    private void initServer(int port) {
        //@Fields serverSocket :建立服务端socket服务。
        ServerSocket serverSocket = null;
        ClientInServer clientInServer = null;
        Socket  socket = null;
        if (port>1024&&port<65535) {
            try {
                serverSocket = new ServerSocket(port);
                System.out.println("服务器已开启");
            } catch (BindException e) {
                System.out.println("该端口已经被占用！");
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
                System.out.println("服务器开启异常！");
            } 
        } else {
            System.out.println("端口号需在1024-65535之间！");
        }
        //循环监听新用户
        while (true) {
            String userName = "用户"+i;
            i++;
            try {
                //阻塞监听新用户连到服务器
                socket = serverSocket.accept();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            //服务端的Socket
            clientInServer = new ClientInServer(socket);
            //clientInServer对象存入Map中
            clientsMap.put(userName, clientInServer);
            //开启新线程
            new Thread(clientInServer).start();     }

    }
    /**
    * @Description TODO 内部类 消息转发 
    * @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 {
                //得到客户端发送的消息
                inStream = socket.getInputStream();
                din = new DataInputStream(inStream);
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }

        }

        @Override
        public void run() {
            //某一客户端发送的消息
            String message;
            try {
                while (flag) {
                    message = din.readUTF();
                    System.out.println(message);
                    toAllClients(message);
                }
            } catch (SocketException e) {
                flag = false;
                System.out.println("客户下线");
                clientsMap.remove(this);
                // e.printStackTrace();
            } catch (EOFException e) {
                flag = false;
                System.out.println("客户下线");
                clientsMap.remove(this);
                // e.printStackTrace();
            } catch (IOException e) {
                flag = false;
                System.out.println("接受消息失败");
                clientsMap.remove(this);
                e.printStackTrace();
            }

            if (din != null) {
                try {
                    din.close();
                } catch (IOException e) {
                    System.out.println("din关闭失败");
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if (inStream != null) {
                try {
                    inStream.close();
                } catch (IOException e) {
                    System.out.println("din关闭失败");
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if (socket != null) {
                try {
                    socket.close();
                } catch (IOException e) {
                    System.out.println("din关闭失败");
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }

        /** 
        * TODO(方法功能描述) 消息分发
        * @param message 要转发的消息
        */
        private void toAllClients(String message) {
            //遍历整个map
            ClientInServer cs;
            String userInfo = message;
            List<ClientInServer> csList = new ArrayList<ClientInServer>();

            for (String key :clientsMap.keySet() ) {
                System.out.println(key+"\n");
                //得到每个
                 cs = clientsMap.get(key);
                if (cs == this) {
                //cs==this 则自己是发送方,获取发送名
                    userInfo = key+"说:"+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) 发送
        * @param message
        */
        private void sentMes(String message) {
            try {
                dos.writeUTF(message);
                dos.flush();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }

            System.out.println("转发成功！");

        }
    }
}

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客户端Client类

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 开启客户端界面
    * @param args
    */
    public static void main(String[] args) {
        new Client().init();
    }


    /** 
    * TODO(方法功能描述) 初始化界面，并为控件添加事件监听
    */
    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();

        // 关闭事件
        addWindowListener(new WindowAdapter() {
            public void windowClosing(WindowEvent e) {
                System.out.println("用户试图关闭窗口");
                disconnect();
                System.exit(0);
            }

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

        // 建立连接
        connect();
        //为客户端接收消息开启线程
        new Thread(new ReciveMessage()).start();
    }

    /**
    * @Description TODO 用来处理服务器发来的消息
    * @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("客户端已关闭");
            } catch (SocketException e) {
                flag = false;
                System.out.println("客户端已关闭");
            } catch (IOException e) {
                flag = false;
                System.out.println("接受消息失败");
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }


    /** 
    * TODO 回车发送消息
    */
    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我说:" + message + "\n");
            textFieldContent.setText("");
            sendMessageToServer(message);
        }
    }

    /** 
    * TODO(方法功能描述) 给服务端发送消息
    * @param message 要发送的消息
    */
    private void sendMessageToServer(String message) {
        try {
            dos.writeUTF(message);
            dos.flush();
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("发送消息失败");
            e.printStackTrace();
        }
    }


    /** 
    * TODO(方法功能描述) 客户端Socket连接服务端
    */
    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("申请链接失败");
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("申请链接失败");
            e.printStackTrace();
        }
    }


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

}

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2.2、运行结果

三、存在的问题

1.采用新线程处理客户端请求，存在线程安全问题。
2.客户端通信时，显示的时间有问题。这个问题也是由于采用了多线程。