第11次文章：網路編程——聊天室構建
- 2019 年 10 月 8 日
- 筆記
這周的內容還是蠻有意思的！構建一個聊天室，如果我們20年前掌握了這篇文章的內容，那我們就離馬化騰不遠了！哈哈哈！
1、網路：將不同區域的電腦連接起來，比如：區域網、城域網、互聯網。
2、地址：IP地址 確定網路上的一個絕對地址類似於：房子。
3、埠號：區分電腦不同軟體，類似於房子的房門。埠號長度為2個位元組，範圍為：0---65535，共有65536個。
tips：在使用戶埠號的時候，在同一個協議下，埠號不能重複，如果在不同協議下，則埠號可以重複。1024以下的埠號不要使用，主要是留給設備服務商使用的固定埠號
4、資源定位：
URL：統一資源定位符
URI：統一資源
5、數據的傳輸：
TCP協議：類似於打電話，有三次握手機制，面向連接，安全可靠，效率低下。
UDP協議：類似於發簡訊，非面向連接，效率高，但是不可靠，可能存在資訊丟失的情況。
二、網路編程中的一些基本類
1、地址及埠：
（1）InetAddress：封裝電腦的ip地址和DNS，沒有埠
方法：
getLocalHost()：獲取本地地址
getHostName()：返回域名
getHostAddress()：返回IP地址
getByName()：通過域名或者IP來獲取地址
（2）InetSocketAddress：在InetAddress基礎上+埠
創建對象：
InetSocketAddress(String hostname, int port)
InetSocketAddress(InetAddress addr, int port)
方法：
getHostName()：獲取域名
getPort()：獲取埠號
getAddress()：獲取InetAddress對象
2、URL：
四部分組成： 協議 存放資源的主機域名 埠 資源文件名(/)
（1）創建
URL(String spec)：絕對路徑構建
URL(URL context, String spec)：相對路徑構建
（2）方法
package com.peng.net.url; import java.net.MalformedURLException; import java.net.URL; public class URLDemo01 { public static void main(String[] args) throws MalformedURLException { //絕對路徑構建 URL url = new URL("http://www.baidu.com:80/index.html#aa?uname=peng"); System.out.println("協議："+url.getProtocol()); System.out.println("域名："+url.getHost()); System.out.println("埠："+url.getPort()); System.out.println("資源："+url.getFile()); System.out.println("相對路徑："+url.getPath()); System.out.println("錨點："+url.getRef()); System.out.println("參數："+url.getQuery());//如果存在錨點，則將參數視為錨點的一部分，返回null；如果不存在錨點，則返回參數 //相對路徑 url = new URL("http://www.baidu.com/a/"); url = new URL(url,"b/c.txt"); System.out.println(url.toString()); } }三、UDP編程，基本概念：
UDP:以數據為中心，非面向連接，不安全，數據可能丟失，效率高。
1、客戶端
1）創建客戶端 DatagramSocket 類 +指定發送埠
2）編輯數據 位元組數組
3）打包 DatagramPacket + 伺服器地址 + 指定的接收埠
4）發送數據
5）釋放資源
2、伺服器端
1）創建伺服器端 DatagramSocket 類 + 指定接收埠
2）創建接收容器 位元組數組
3）打包封裝 DatagramPacket
4）包 接收數據
5）分析
6）釋放資源
由於UDP協議編程是非面向連接的，TCP協議編程面向連接，相比之下TCP更加複雜，所以此處不放入UDP編程進行講解，我們結合後面的TCP編程進行解析UDP編程細節。
四、基於TCP編程：
面向連接 安全可靠 效率低，類似於打電話
1、面向連接：請求-響應 Request--Response
2、Socket編程
1）、伺服器：SeverSocket
2）、客戶端：Socket
基本的TCP相關協議我們在下面一個實例中進行講解——聊天室創建，其中包含有群聊和私聊功能。
基本的通訊思路如下圖所示：
在客戶端首先和伺服器端建立連接通道，也就是socket，然後在傳輸通道中進行數據的傳輸，每一個通道內的藍色箭頭，代表著數據的輸入和輸出流。並且在數據的發送和接收過程中，可以同時進行，不會受到彼此的影響。在同一個聊天室中，具有多個客戶端，他們需要同時連接在我們的伺服器端上，因此我們在設計的過程中需要進行多執行緒的應用。
第一步：我們首先對客戶端的接收數據進行封裝，創建接收通道。
package com.peng.net.tcp.chat.demo04; /** * 從伺服器接收數據 */ import java.io.DataInputStream; import java.io.IOException; import java.net.Socket; public class Receive implements Runnable{ //管道輸入流 private DataInputStream dis ; //執行緒標識符 private boolean isRunning = true; //構造器 public Receive() { } public Receive(Socket client) { try { //獲取客戶端與伺服器之間的傳輸管道 dis = new DataInputStream(client.getInputStream()); } catch (IOException e) { isRunning = false; CloseUtil.closeAll(dis); } } /** * 獲取從伺服器發送到客戶端的數據 * @return */ public String receive() { String msg = ""; try { msg = dis.readUTF();//從管道輸入流中讀取發送過來的數據內容 } catch (IOException e) { isRunning = false; CloseUtil.closeAll(dis); } return msg; } @Override public void run() { //執行緒體 while(isRunning) { System.out.println(receive());//在客戶端的控制台上列印接收到的數據內容 } } }解析：在接收數據的過程中，我們主要思路是，在構造器中對輸入流進行初始化操作，應用「DataInputStream」輸入流，然後加入一個接收方法，將管道中伺服器傳回來的數據進行讀取，最後在執行緒體中，將讀取到的內容傳輸到客戶端的介面上。
由於我們在多執行緒的使用中，頻繁使用關閉輸入輸出流的關閉操作，所以我們將輸入輸出流的關閉操作封裝成為一個單獨的類，這樣便於我們後期的調用和處理。
package com.peng.net.tcp.chat.demo04; import java.io.Closeable; import java.io.IOException; /** * 關閉流 */ public class CloseUtil { public static void closeAll(Closeable... io) { for (Closeable tem:io) { try { if(null !=tem ) { tem.close(); } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } } }tips：在對其進行封裝的過程中，注意我們使用到了程式碼「Closeable...」，其中的運算符「...」相當於數組「[]」。
第二步：我們對客戶端的發送操作進行一個封裝操作。
package com.peng.net.tcp.chat.demo04; import java.io.BufferedReader; import java.io.DataOutputStream; import java.io.IOException; import java.io.InputStreamReader; import java.net.Socket; /** * 發送數據執行緒 */ public class Send implements Runnable{ //控制台輸入流 private BufferedReader console ; //管道輸出流 private DataOutputStream dos ; //客戶端的名稱 private String name; //執行緒標識符 private boolean isRunning = true; //構造器：初始化輸入輸出流 public Send() { console = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)); } public Send(Socket client,String name) { this(); try { //初始化客戶端向伺服器端發送資訊的管道 dos = new DataOutputStream(client.getOutputStream()); this.name = name; this.send(this.name);//在接收到名稱時，就將客戶端的名稱發送出去 } catch (IOException e) { isRunning = false; CloseUtil.closeAll(dos,console); } } /** * 從控制台獲取數據 * @return */ public String getMsgFromConsole() { try { return console.readLine();//獲取控制台輸入的數據 } catch (IOException e) { isRunning = false; CloseUtil.closeAll(dos,console); } return ""; } /** * 將客戶端的數據發送給伺服器 * @param info */ public void send(String info) { try { if(null != info && !info.equals("")) { dos.writeUTF(info);//寫出數據資訊 dos.flush();//強制刷新 } } catch (IOException e) { isRunning = false; CloseUtil.closeAll(dos,console); } } @Override public void run() { //執行緒體 while(isRunning) { send(getMsgFromConsole()); } } }解析：在進行發送操作的時候，我們需要有兩個流操作，一個是輸入流，主要負責從控制台上接收客戶端輸入的數據，另一個是輸出流，主要負責將從客戶端上獲取到的資訊發送到伺服器進行操作。所以我們為了降低方法之間的耦合性，使用了兩個方法，分別封裝其功能。在最後的執行緒體中，我們將接收到的數據直接發送給客戶端。注意，我們在構造器中發送了一個名稱給客戶端，這一點在我們創建客戶端的程式碼中會進行解釋。
第三步：創建客戶端
package com.peng.net.tcp.chat.demo04; import java.io.BufferedReader; import java.io.IOException; import java.io.InputStreamReader; import java.net.Socket; /** * 創建客戶端：發送數據+接收數據 * 寫出數據：輸出流 * 讀取數據：輸入流 * 同時需要將輸入流和輸出流分別封裝起來，彼此獨立，相互獨立處理 * 加入客戶端名稱 */ public class Client { public static void main(String[] args) throws IOException { System.out.println("請輸入名稱："); //從控制台輸入客戶端名稱 BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));//新建輸入流 String name = br.readLine();//獲取客戶端名稱 if("" == name) {//如果名字為空，則退出 return; } //創建客戶端，與伺服器進行連接，並指定埠號 Socket client = new Socket("localhost",9999); new Thread(new Send(client,name)).start();//發送路徑 new Thread(new Receive(client)).start();//接受路徑 } }解析：在創建客戶端的時候，我們首先需要獲取每一個客戶端的名稱，在獲取到名稱之後，我們立刻將客戶端的名稱發送給伺服器後，伺服器會進行一定的回饋，返回給客戶端的消息為：「歡迎加入聊天室」，然後在其他客戶端的介面上，輸出「XXX加入了聊天室」。
tips：在UDP協議中，客戶端發送數據的時候，需要指定客戶端發送埠，以及伺服器的接收埠，這一點與TCP協議編程中有所不同。在TCP編程中，客戶端不需要指定對應的發送埠，系統會自動分配給客戶端埠，但是並非TCP不要需要埠，只是開發者在編程的時候可以省略而已。
第四步：創建伺服器
package com.peng.net.tcp.chat.demo04; import java.io.DataInputStream; import java.io.DataOutputStream; import java.io.IOException; import java.net.ServerSocket; import java.net.Socket; import java.util.ArrayList; import java.util.List; /** * 創建伺服器 加入多執行緒 * 實現多個不同的客戶端可以同時進行發送接收數據 */ public class Server { //存儲所有客戶端與伺服器建立的管道 private List<MyChannel> all = new ArrayList<MyChannel>(); public static void main(String[] args) throws IOException { new Server().start(); } public void start() throws IOException { //創建伺服器，指定埠號 ServerSocket server = new ServerSocket(9999); while(true) { Socket client = server.accept();//接收客戶端請求，並與客戶端建立連接 MyChannel channel = new MyChannel(client); all.add(channel);//向容器中加入客戶端通道，便於統一管理 new Thread(channel).start();//一條道路 } } /** * 定義匿名內部類，便於調用類的屬性，此匿名類相當於客戶端和伺服器之間建立的道路 * 一個客戶，一條道路 * 1、輸入流：接收數據 * 2、輸出流：發送數據 */ private class MyChannel implements Runnable{ //輸入流：接收數據 private DataInputStream dis; //輸出流：發送數據 private DataOutputStream dos; //客戶端的名稱 private String name; //執行緒運行標識符 private boolean isRunning = true; //構造器 public MyChannel(Socket client) { try { dis = new DataInputStream(client.getInputStream()); dos = new DataOutputStream(client.getOutputStream()); this.name = dis.readUTF();//獲取客戶端名稱 this.send("歡迎加入聊天室");//向本客戶端發送此資訊 this.sendAll(this.name+"加入了聊天室",true);//向其他的客戶端發送該資訊 } catch (IOException e) { isRunning = false; CloseUtil.closeAll(dis,dos); all.remove(this);//移除通道自身 } } /** * 接收從客戶端發送過來的資訊 * @return */ public String receive () { String msg = ""; try { msg = dis.readUTF();//獲取讀入的資訊 send("you say :"+msg); } catch (IOException e) { isRunning = false; CloseUtil.closeAll(dis,dos); all.remove(this);//移除通道自身 } return msg; } /** * 向本客戶端發送相關資訊 * @param msg */ public void send(String msg) { try { if(null != msg && !msg.equals("")) { dos.writeUTF(msg); dos.flush(); }else { return; } } catch (IOException e) { isRunning = false; CloseUtil.closeAll(dis,dos); all.remove(this);//移除通道自身 } } /** * 向除本客戶端以外的其他客戶端發送資訊 * 根據發送的消息區分是私聊還是群聊 * 在群發的消息中，使用flag區分該消息是伺服器的系統消息，還是用戶群聊的資訊 * @param msg * @param flag */ public void sendAll(String msg,boolean flag) { //約定，如果發送的資訊中包含有「@name:.....」,則將name取出，然後與該用戶進行私聊 if(msg.startsWith("@") && msg.indexOf(":")>-1) {//私聊 String name = msg.substring(1,msg.indexOf(":"));//獲取私聊對象的名稱 String contents = msg.substring(msg.indexOf(":")+1);//獲取私聊的內容 for(MyChannel other:all) {//遍歷所有客戶端 if(other.name.equals(name)) {//存在將要私聊的對象 other.send(this.name+"對您悄悄說："+contents); return; } } this.send("當前聊天室中不存在此用戶"); }else {//群聊 if(flag) {//屬於系統消息 for(MyChannel other:all) { if(this == other) {//跳過本客戶端自身 continue; } //將本客戶端發送的數據，發送給其他已經加入聊天的客戶 other.send("系統消息："+msg); } }else { for(MyChannel other:all) { if(this == other) {//跳過本客戶端自身 continue; } //將本客戶端發送的數據，發送給其他已經加入聊天的客戶 other.send(this.name+"對大家說："+msg); } } } } @Override public void run() { //執行緒體 while(isRunning) { sendAll(receive(),false); } } } }解析：
1、正如我們對聊天室的功能分析上，聊天室應該具有群聊和私聊的基本功能。所以我們根據客戶端發送的消息進行區分是私聊還是群聊，具體的規則為：伺服器獲取到客戶端發送進來的數據，然後如果該消息以「@XXX：」開頭，則獲取「@」和「：」中間的名稱"XXX"，然後在所有客戶端中進行搜索名稱為「XXX」的客戶端，伺服器將該消息僅僅轉發給客戶」XXX「。
2、在我們管理聊天室中的所有客戶的時候，我們使用了容器List進行統一管理。但是這裡在導入包的時候，一定要注意，此處導入的是容器類包java.util.List。在我們使用自動導包過程時，eclipse給我們的提示中，還有一個是java.awt.List，這個包是java中GUI介面操作的工具類包，千萬要注意此處的導包，一旦導錯之後，很難檢查出錯誤。
tips：查看源碼，可以對比出兩個包繼承關係以及實現介面之間的差別，進入源碼中查詢可以看出：
java.util.List中繼承關係為：interface List<E> extends Collection<E>，主要是實現相應的容器類；
而java.awt.List繼承和實現關係為：List extends Component implements ItemSelectable, Accessible，主要是實現GUI圖形介面的工具類
第五步：運行查看一下相關的結果
a客戶端控制台資訊：
b客戶端控制台資訊：
c客戶端控制台資訊：
解析：由於我們使用的是tcp協議，需要客戶端先建立連接之後，才可以進行相互通訊傳輸數據。所以在測試的時候，需要我們首先需要運行伺服器，使伺服器處於就緒狀態，隨時接受來自客戶端的請求，然後再創建客戶端進行操作，否則會報錯。我們在測試的時候，創建了3個客戶端，分別是「a」、「b」、「c"。在測試的時候，我們使用a客戶端給b發送了hello，然後可以在b客戶端看到a發送過來的私聊資訊，而c客戶端介面上沒有出現這條資訊，所以完成了私發消息的功能。然後使用c客戶端發送了資訊a beautiful world，該資訊屬於群發資訊，所以出現在了a和b客戶端的窗口。然後在c窗口中，對一個不存在的對象d進行發送資訊，可以看到伺服器返回的資訊：當前聊天室中不存在該用戶。系統具有一定的容錯率。