第11次文章：网络编程——聊天室构建
- 2019 年 10 月 8 日
- 筆記
这周的内容还是蛮有意思的！构建一个聊天室，如果我们20年前掌握了这篇文章的内容，那我们就离马化腾不远了！哈哈哈！
1、网络：将不同区域的计算机连接起来，比如：局域网、城域网、互联网。
2、地址：IP地址 确定网络上的一个绝对地址类似于：房子。
3、端口号：区分计算机不同软件，类似于房子的房门。端口号长度为2个字节，范围为：0—65535，共有65536个。
tips：在使用户端口号的时候，在同一个协议下，端口号不能重复，如果在不同协议下，则端口号可以重复。1024以下的端口号不要使用，主要是留给设备服务商使用的固定端口号
4、资源定位：
URL：统一资源定位符
URI：统一资源
5、数据的传输：
TCP协议：类似于打电话，有三次握手机制，面向连接，安全可靠，效率低下。
UDP协议：类似于发短信，非面向连接，效率高，但是不可靠，可能存在信息丢失的情况。
二、网络编程中的一些基本类
1、地址及端口：
（1）InetAddress：封装计算机的ip地址和DNS，没有端口
方法：
getLocalHost()：获取本地地址
getHostName()：返回域名
getHostAddress()：返回IP地址
getByName()：通过域名或者IP来获取地址
（2）InetSocketAddress：在InetAddress基础上+端口
创建对象：
InetSocketAddress(String hostname, int port)
InetSocketAddress(InetAddress addr, int port)
方法：
getHostName()：获取域名
getPort()：获取端口号
getAddress()：获取InetAddress对象
2、URL：
四部分组成： 协议 存放资源的主机域名 端口 资源文件名(/)
（1）创建
URL(String spec)：绝对路径构建
URL(URL context, String spec)：相对路径构建
（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 { //绝对路径构建 URL url = new URL("http://www.baidu.com:80/index.html#aa?uname=peng"); System.out.println("协议："+url.getProtocol()); System.out.println("域名："+url.getHost()); System.out.println("端口："+url.getPort()); System.out.println("资源："+url.getFile()); System.out.println("相对路径："+url.getPath()); System.out.println("锚点："+url.getRef()); System.out.println("参数："+url.getQuery());//如果存在锚点，则将参数视为锚点的一部分，返回null；如果不存在锚点，则返回参数 //相对路径 url = new URL("http://www.baidu.com/a/"); url = new URL(url,"b/c.txt"); System.out.println(url.toString()); } }
三、UDP编程，基本概念：
UDP:以数据为中心，非面向连接，不安全，数据可能丢失，效率高。
1、客户端
1）创建客户端 DatagramSocket 类 +指定发送端口
2）编辑数据 字节数组
3）打包 DatagramPacket + 服务器地址 + 指定的接收端口
4）发送数据
5）释放资源
2、服务器端
1）创建服务器端 DatagramSocket 类 + 指定接收端口
2）创建接收容器 字节数组
3）打包封装 DatagramPacket
4）包 接收数据
5）分析
6）释放资源
由于UDP协议编程是非面向连接的，TCP协议编程面向连接，相比之下TCP更加复杂，所以此处不放入UDP编程进行讲解，我们结合后面的TCP编程进行解析UDP编程细节。
四、基于TCP编程：
面向连接 安全可靠 效率低，类似于打电话
1、面向连接：请求-响应 Request–Response
2、Socket编程
1）、服务器：SeverSocket
2）、客户端：Socket
基本的TCP相关协议我们在下面一个实例中进行讲解——聊天室创建，其中包含有群聊和私聊功能。
基本的通讯思路如下图所示：
在客户端首先和服务器端建立连接通道，也就是socket，然后在传输通道中进行数据的传输，每一个通道内的蓝色箭头，代表着数据的输入和输出流。并且在数据的发送和接收过程中，可以同时进行，不会受到彼此的影响。在同一个聊天室中，具有多个客户端，他们需要同时连接在我们的服务器端上，因此我们在设计的过程中需要进行多线程的应用。
第一步：我们首先对客户端的接收数据进行封装，创建接收通道。
package com.peng.net.tcp.chat.demo04; /** * 从服务器接收数据 */ import java.io.DataInputStream; import java.io.IOException; import java.net.Socket; public class Receive implements Runnable{ //管道输入流 private DataInputStream dis ; //线程标识符 private boolean isRunning = true; //构造器 public Receive() { } public Receive(Socket client) { try { //获取客户端与服务器之间的传输管道 dis = new DataInputStream(client.getInputStream()); } catch (IOException e) { isRunning = false; CloseUtil.closeAll(dis); } } /** * 获取从服务器发送到客户端的数据 * @return */ public String receive() { String msg = ""; try { msg = dis.readUTF();//从管道输入流中读取发送过来的数据内容 } catch (IOException e) { isRunning = false; CloseUtil.closeAll(dis); } return msg; } @Override public void run() { //线程体 while(isRunning) { System.out.println(receive());//在客户端的控制台上打印接收到的数据内容 } } }
解析：在接收数据的过程中，我们主要思路是，在构造器中对输入流进行初始化操作，应用“DataInputStream”输入流，然后加入一个接收方法，将管道中服务器传回来的数据进行读取，最后在线程体中，将读取到的内容传输到客户端的界面上。
由于我们在多线程的使用中，频繁使用关闭输入输出流的关闭操作，所以我们将输入输出流的关闭操作封装成为一个单独的类，这样便于我们后期的调用和处理。
package com.peng.net.tcp.chat.demo04; import java.io.Closeable; import java.io.IOException; /** * 关闭流 */ 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：在对其进行封装的过程中，注意我们使用到了代码“Closeable…”，其中的运算符“…”相当于数组“[]”。
第二步：我们对客户端的发送操作进行一个封装操作。
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; /** * 发送数据线程 */ public class Send implements Runnable{ //控制台输入流 private BufferedReader console ; //管道输出流 private DataOutputStream dos ; //客户端的名称 private String name; //线程标识符 private boolean isRunning = true; //构造器：初始化输入输出流 public Send() { console = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)); } public Send(Socket client,String name) { this(); try { //初始化客户端向服务器端发送信息的管道 dos = new DataOutputStream(client.getOutputStream()); this.name = name; this.send(this.name);//在接收到名称时，就将客户端的名称发送出去 } catch (IOException e) { isRunning = false; CloseUtil.closeAll(dos,console); } } /** * 从控制台获取数据 * @return */ public String getMsgFromConsole() { try { return console.readLine();//获取控制台输入的数据 } catch (IOException e) { isRunning = false; CloseUtil.closeAll(dos,console); } return ""; } /** * 将客户端的数据发送给服务器 * @param info */ public void send(String info) { try { if(null != info && !info.equals("")) { dos.writeUTF(info);//写出数据信息 dos.flush();//强制刷新 } } catch (IOException e) { isRunning = false; CloseUtil.closeAll(dos,console); } } @Override public void run() { //线程体 while(isRunning) { send(getMsgFromConsole()); } } }
解析：在进行发送操作的时候，我们需要有两个流操作，一个是输入流，主要负责从控制台上接收客户端输入的数据，另一个是输出流，主要负责将从客户端上获取到的信息发送到服务器进行操作。所以我们为了降低方法之间的耦合性，使用了两个方法，分别封装其功能。在最后的线程体中，我们将接收到的数据直接发送给客户端。注意，我们在构造器中发送了一个名称给客户端，这一点在我们创建客户端的代码中会进行解释。
第三步：创建客户端
package com.peng.net.tcp.chat.demo04; import java.io.BufferedReader; import java.io.IOException; import java.io.InputStreamReader; import java.net.Socket; /** * 创建客户端：发送数据+接收数据 * 写出数据：输出流 * 读取数据：输入流 * 同时需要将输入流和输出流分别封装起来，彼此独立，相互独立处理 * 加入客户端名称 */ public class Client { public static void main(String[] args) throws IOException { System.out.println("请输入名称："); //从控制台输入客户端名称 BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));//新建输入流 String name = br.readLine();//获取客户端名称 if("" == name) {//如果名字为空，则退出 return; } //创建客户端，与服务器进行连接，并指定端口号 Socket client = new Socket("localhost",9999); new Thread(new Send(client,name)).start();//发送路径 new Thread(new Receive(client)).start();//接受路径 } }
解析：在创建客户端的时候，我们首先需要获取每一个客户端的名称，在获取到名称之后，我们立刻将客户端的名称发送给服务器后，服务器会进行一定的反馈，返回给客户端的消息为：“欢迎加入聊天室”，然后在其他客户端的界面上，输出“XXX加入了聊天室”。
tips：在UDP协议中，客户端发送数据的时候，需要指定客户端发送端口，以及服务器的接收端口，这一点与TCP协议编程中有所不同。在TCP编程中，客户端不需要指定对应的发送端口，系统会自动分配给客户端端口，但是并非TCP不要需要端口，只是开发者在编程的时候可以省略而已。
第四步：创建服务器
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; /** * 创建服务器 加入多线程 * 实现多个不同的客户端可以同时进行发送接收数据 */ public class Server { //存储所有客户端与服务器建立的管道 private List<MyChannel> all = new ArrayList<MyChannel>(); public static void main(String[] args) throws IOException { new Server().start(); } public void start() throws IOException { //创建服务器，指定端口号 ServerSocket server = new ServerSocket(9999); while(true) { Socket client = server.accept();//接收客户端请求，并与客户端建立连接 MyChannel channel = new MyChannel(client); all.add(channel);//向容器中加入客户端通道，便于统一管理 new Thread(channel).start();//一条道路 } } /** * 定义匿名内部类，便于调用类的属性，此匿名类相当于客户端和服务器之间建立的道路 * 一个客户，一条道路 * 1、输入流：接收数据 * 2、输出流：发送数据 */ private class MyChannel implements Runnable{ //输入流：接收数据 private DataInputStream dis; //输出流：发送数据 private DataOutputStream dos; //客户端的名称 private String name; //线程运行标识符 private boolean isRunning = true; //构造器 public MyChannel(Socket client) { try { dis = new DataInputStream(client.getInputStream()); dos = new DataOutputStream(client.getOutputStream()); this.name = dis.readUTF();//获取客户端名称 this.send("欢迎加入聊天室");//向本客户端发送此信息 this.sendAll(this.name+"加入了聊天室",true);//向其他的客户端发送该信息 } catch (IOException e) { isRunning = false; CloseUtil.closeAll(dis,dos); all.remove(this);//移除通道自身 } } /** * 接收从客户端发送过来的信息 * @return */ public String receive () { String msg = ""; try { msg = dis.readUTF();//获取读入的信息 send("you say :"+msg); } catch (IOException e) { isRunning = false; CloseUtil.closeAll(dis,dos); all.remove(this);//移除通道自身 } return msg; } /** * 向本客户端发送相关信息 * @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 } } /** * 向除本客户端以外的其他客户端发送信息 * 根据发送的消息区分是私聊还是群聊 * 在群发的消息中，使用flag区分该消息是服务器的系统消息，还是用户群聊的信息 * @param msg * @param flag */ public void sendAll(String msg,boolean flag) { //约定，如果发送的信息中包含有“@name:.....”,则将name取出，然后与该用户进行私聊 if(msg.startsWith("@") && msg.indexOf(":")>-1) {//私聊 String name = msg.substring(1,msg.indexOf(":"));//获取私聊对象的名称 String contents = msg.substring(msg.indexOf(":")+1);//获取私聊的内容 for(MyChannel other:all) {//遍历所有客户端 if(other.name.equals(name)) {//存在将要私聊的对象 other.send(this.name+"对您悄悄说："+contents); return; } } this.send("当前聊天室中不存在此用户"); }else {//群聊 if(flag) {//属于系统消息 for(MyChannel other:all) { if(this == other) {//跳过本客户端自身 continue; } //将本客户端发送的数据，发送给其他已经加入聊天的客户 other.send("系统消息："+msg); } }else { for(MyChannel other:all) { if(this == other) {//跳过本客户端自身 continue; } //将本客户端发送的数据，发送给其他已经加入聊天的客户 other.send(this.name+"对大家说："+msg); } } } } @Override public void run() { //线程体 while(isRunning) { sendAll(receive(),false); } } } }
解析：
1、正如我们对聊天室的功能分析上，聊天室应该具有群聊和私聊的基本功能。所以我们根据客户端发送的消息进行区分是私聊还是群聊，具体的规则为：服务器获取到客户端发送进来的数据，然后如果该消息以“@XXX：”开头，则获取“@”和“：”中间的名称"XXX"，然后在所有客户端中进行搜索名称为“XXX”的客户端，服务器将该消息仅仅转发给客户”XXX“。
2、在我们管理聊天室中的所有客户的时候，我们使用了容器List进行统一管理。但是这里在导入包的时候，一定要注意，此处导入的是容器类包java.util.List。在我们使用自动导包过程时，eclipse给我们的提示中，还有一个是java.awt.List，这个包是java中GUI界面操作的工具类包，千万要注意此处的导包，一旦导错之后，很难检查出错误。
tips：查看源码，可以对比出两个包继承关系以及实现接口之间的差别，进入源码中查询可以看出：
java.util.List中继承关系为：interface List<E> extends Collection<E>，主要是实现相应的容器类；
而java.awt.List继承和实现关系为：List extends Component implements ItemSelectable, Accessible，主要是实现GUI图形界面的工具类
第五步：运行查看一下相关的结果
a客户端控制台信息：
b客户端控制台信息：
c客户端控制台信息：
解析：由于我们使用的是tcp协议，需要客户端先建立连接之后，才可以进行相互通讯传输数据。所以在测试的时候，需要我们首先需要运行服务器，使服务器处于就绪状态，随时接受来自客户端的请求，然后再创建客户端进行操作，否则会报错。我们在测试的时候，创建了3个客户端，分别是“a”、“b”、“c"。在测试的时候，我们使用a客户端给b发送了hello，然后可以在b客户端看到a发送过来的私聊信息，而c客户端界面上没有出现这条信息，所以完成了私发消息的功能。然后使用c客户端发送了信息a beautiful world，该信息属于群发信息，所以出现在了a和b客户端的窗口。然后在c窗口中，对一个不存在的对象d进行发送信息，可以看到服务器返回的信息：当前聊天室中不存在该用户。系统具有一定的容错率。
