基于C/S模式的简单聊天程序(附程序源码)
一、需求分析
设计要求
?使用Socket实现网上聊天功能。用户可以通过客户端连接到服务器端并进行网上聊天。聊天时可以启动多个客户端。服务器端启动后,接收客户端发来的用户名和密码验证信息。验证通过则以当前的聊天客户列表信息进行响应;此后接收客户端发来的聊天信息,转发给客户端指定的聊天客户(即私聊)或所有其他客户端;在客户断开连接后公告其退出聊天系统的信息。客户端启动后在GUI界面接收用户输入的服务器端信息、账号和密码等验证客户的身份。验证通过则显示当前系统在线客户列表。客户可以与指定对象进行私聊,也可以向系统中所有在线客户发送信息。
?实现本程序需要了解网络基础知识,掌握C/S结构的工作特点,掌握数据结构、高级语言及网络编程知识,可以选择Visual C++、C或Java等语言实现。
二、设计过程与相关理论
?程序设计是基于TCP协议,采用C/S模式实现简单的一对多聊天(群聊)、一对一聊天(私聊)。TCP是一种可靠的、基于连接的网络协议,它是面向字节流的,即从一个进程到另一个进程的二进制序列。一条TCP连接需要两个端点,这两个端点需要分别创建各自的套接字。通常一方用于发送请求和数据(在这里为聊天的客户端),而另一方用于监听网络请求和数据(在这里为服务端)。
?常用于TCP编程的有两个类,均在java.net包里,这两个类为:Socket、ServerSocket。
关于Socket
?Socket是建立网络连接使用的,在连接成功时,应用程序两端都会产生一个Socket实例,操作这个实例,完成所需要的对话。
?Socket类有多个构造方法:
(1)public Socket(String host, int port) 创建一个流套接字并将其连接到指定主机上。
(2)public Socket(InetAddress address, int port, InetAddress localAddr, int localPort) 创建一个流套接字,指定了本地的地址和端口以及目的地址和端口。
(3)public Socket() 创建一个流套接字,但此套接字并未指定连接。
?Socket常用的几个工具方法,用于处理网络会话:
(1)public InputStream GetInputStream() throws IOException 该方法返回程序中套接字所能读取的输入流。
(2)public OutputStream getOutputStream() throws IOException 该方法返回程序中套接字中的输出流。
(3)public void close () throws IOException 关闭指定的套接字,套接字中的输入流和输出流也将被关闭。
(4)除了以上一个常用的方法外,Socket还提供了想connect(SocketAddress endpoint)用于连接到远程服务器,getInetAddress()获取原处服务器的地址等。
关于ServerSocket
?ServerSocket类实现服务器套接字,等待请求通过网络传入,基于该请求执行某些操作,然后可能想请求者返回结果。
?ServerSocket有4个构造方法:
(1)public ServerSocket() throws IOException 创建一个服务器套接字,并未指明地址和端口。
(2)public ServerSocket(int port) throws IOException创建一个服务器套接字,指明了监听的端口,如果传入的端口为0则可以在所有空闲的端口上创建套接字。默认接受最大连接数为50,如果客户端链接数量超过50,则拒绝新接入的连接。
(3)public ServerSocket(int port, int backlog) throws IOException创建一个服务器套接字,指明了监听的端口,如果传入的端口port为0,则可以在所有空闲的端口上创建套接字。接受最大连接数有参数backlog设定,如果接受的连接大于这个数,多余的连接被拒绝。参数的backlog的值必须大于0,如果不大于0则采用默认值50。
(4)public ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindAddr) throws IOException创建一个套接字,指定了监听的地址和端口,并设置了最大连接数。
?**ServerSocket常用的方法如下:**
(1)public Socket accpet() throws IOException该方法一直处于阻塞状态,直到有新的连接接入,建立连接后,该方法会返回一个同于客户端请求以及服务端响应。
(2)public void setSoTimeout(int timeout) throws SocketExcepotion 此方法用于设置accept()方法最大阻塞时间,如果阻塞时间超过了这个值,将会抛出java.net.SocketTimeoutException异常。
(3)Public void close() throws IOExcepiton关闭服务器套接字。
?这次简单的聊天小程序可以看成是一个一对多通讯的案例,创建一个Server来管理服务器端的各类处理,其中使用多线程来实现多客户端机制。服务器总是在指定的端口上监听是否相应客户的请求,而服务器本身在启动完成后马上进入监听状态,等待下一个客户端的接入。为了方便实现消息转发的处理,构造一个套接字处理器SocketHandler来负责处理信息。而客户端的话也构建一个ClientHandler类实现了Runnable负责创建客户端,而一个进程只需调用并启动线程就可以实现客户端的上线聊天功能。
其中系统的结构图如下:
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系统实现的流程图如下:
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三、设计结果(文字说明+截图)
1.客户端登录,输入登录名,如果没有输入登录名则会提醒重新输入。
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2.服务端显示在线人数情况(下图启动三个客户端)利用用户登录时输入的登录名,用Map记录用户的登录名和对应的socket,因此可以直接输入在线人数的情况。
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3.群聊:如果用户的信息没有指定的特殊符号,则认为是群聊信息,由服务端转发给所有的客户端。
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4.私聊:服务端检查到客户端发送的信息格式为:@[用户名]-[聊天信息],则会将用户的信息转发到指定用户名的客户端。
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5.退出:当服务端检测到用户发上来的信息中包含exit,则表示该用户下线。更新在线用户的信息。
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四、设计体会
?通过这次的课程设计,对于TCP建立连接,释放连接的相关过程有了更深的体会。在实现的过程中遇到一个问题就是——多个客户端已经正常连接到服务端上了,但在发送信息时却无法按照原先所想的效果完成。通过不断的调试发现信息根本就没要传到服务端上,而所谓的建立连接成功也只是表面上的成功。系统显示在连接成功后马上套接字socket就被关闭了。然而我坚持所有的程序代码,发现我自己根本就没有关闭socket。为啥会出现这个问题呢?
?为了解决这个问题,我打开了debug模式调试(之前都是看代码调试),发现客户端在是实现登录后就显示socket被关闭了,虽然没有显式地关闭socket,但我在登录传输信息给服务端后关闭的输出流。查询了一些资料发现,socket和它对应的输入流、输出流是相互关联的,即无论关闭哪一方,另一方也会随着被关闭,就是说我在关闭socket对应的输出流时也相当于把socket关闭了。同样的如果我们在关闭socket时,所有与它相关联的流都会被关闭。
五、参考文献
[1]徐传运,张杨,王森.Java高级程序设计:第5章 网络编程.清华大学出版社:第5章 网络编程.清华大学出版社
六、程序源码
客户端
登录界面:
package com.liuxingwu.client;
import javax.swing.*;
import java.awt.*;
import java.awt.event.*;
import java.io.IOException;
import java.io.PrintStream;
import java.net.Socket;
/**
* 用户登录界面,完成登录后启动客户端
* @author LiuXingWu
* @create 2021-01-23 15:42
*/
public class LoginFrame extends JFrame implements ActionListener, KeyListener, FocusListener {
private Socket socket;
// 客户的socket
private String userName;
// 客户端的名称
private JPanel jp;
// 面板
private JTextField jtf;
// 文本框
private JButton jb;
// 按键
private String hintText0 = "请输入用户名";
// 输入框提示内容
private String hintText1 = "用户名不为空或不规范,请重新输入";
// 输入内容为空提示
public LoginFrame(Socket socket) {
this.socket = socket;
this.init();
}
/**
* 初始化
*/
public void init() {
// 初始化组件
jp = new JPanel();
// 面板
jtf = new JTextField(20);
//文本框, 指定文本框大小
// 设置提示文字
jtf.setText(hintText0);
// 提示用户输入用户名
jtf.setForeground(Color.gray);
// 提示文字颜色
jb = new JButton("确定");
// 按键
// 将组件添加到面板上
jp.add(jtf);
jp.add(jb);
// 将面板添加到窗体中
this. add(jp);
// 设置标题,大小, 位置, 是否可见
this.setTitle("用户登录");
this.setSize(300, 100);
this.setLocation(700, 300);
this.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
// 窗口关闭 程序退出
this.setVisible(true);
// 窗口可见
jb.addActionListener(this);
// 给“确定”按键绑定一个监听事件, 当前对象监听
jtf.addKeyListener(this);
// 给文本框内容添加一个键盘监听事件
jtf.addFocusListener(this);
// 给文本框添加一个焦点监听事件
}
@Override
public void actionPerformed(ActionEvent event) {
SIGN();
//用户登录
}
@Override
public void keyPressed(KeyEvent e) {
if(e.getKeyCode() == KeyEvent.VK_ENTER) {
SIGN();
//用户登录
}
}
@Override
public void keyTyped(KeyEvent e) {
}
@Override
public void keyReleased(KeyEvent e) {
}
@Override
public void focusGained(FocusEvent e) {
// 获取焦点时,清空提示内容
String temp = jtf.getText();
if (temp.equals(hintText0) || temp.equals(hintText1)) {
jtf.setText("");
jtf.setForeground(Color.black);
}
}
@Override
public void focusLost(FocusEvent e) {
// 失去焦点时,没有输入内容,显示提示内容
String temp = jtf.getText();
if (temp.equals("")) {
jtf.setText(hintText0);
jtf.setForeground(Color.gray);
}
}
/**
* 用户登录
*/
public void SIGN() {
PrintStream printStream = null;
userName = null;
userName = jtf.getText();
// 获取用户输入的名称
if (userName.equals("") || userName.equals(hintText0)) {
jtf.setText(hintText1);
// 提示用户名不能为空
jtf.setForeground(Color.gray);
// 提示文字颜色
} else {
String temp = "Sign:" + userName;
try {
//1.获取服务器端的输出流
printStream = new PrintStream(socket.getOutputStream());
if (!userName.equals("")) {
printStream.println(temp);
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
this.setVisible(false);
// 登录窗口设为不可见
// 启动客户端
Thread client = new Thread(new ClientHandle(userName, socket));
client.start();
}
}
}
数据处理器线程:
package com.liuxingwu.client;
import javax.swing.*;
import java.awt.*;
import java.awt.event.ActionEvent;
import java.awt.event.ActionListener;
import java.awt.event.KeyEvent;
import java.awt.event.KeyListener;
import java.io.*;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;
/**
* 用户聊天界面及数据处理器
* @author LiuXingWu
* @create 2021-01-23 13:14
*/
public class ClientHandle extends JFrame implements ActionListener, KeyListener, Runnable{
private JTextArea jta;
//文本域
private JScrollPane jsp;
//滚动条
private JPanel jp;
//面板
private JTextField jtf;
//文本框
private JButton jb;
//按钮
private PrintStream ps = null;
//输出流
private Socket socket;
// 用户端口
private String userName;
// 用户名
//构造方法
public ClientHandle(String userName, Socket socket) {
this.userName = userName;
this.socket = socket;
this.init();
// 初始化
}
/**
* 初始化
*/
public void init() {
//初始化组件
jta = new JTextArea();
//文本域,需要将文本域添加到滚动条中,实现滚动效果
jsp = new JScrollPane(jta);
//滚动条
jp = new JPanel();
//面板
jtf = new JTextField(10);
//文本框大小
jb = new JButton("发送");
//按钮名称
// 将文本框与按钮添加到面板中
jp.add(jtf);
jp.add(jb);
// 将滚动条和面板添加到窗体中
this.add(jsp, BorderLayout.CENTER);
this.add(jp,BorderLayout.SOUTH);
//设置 标题、大小、位置、关闭、是否可见
this.setTitle(userName + " 聊天框");
//标题
this.setSize(300,300);
// 宽,高
this.setLocation(700,300);
// 水平 垂直
this.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
//窗体关闭 程序退出
this.setVisible(true);
//是否可见
//给"发送"按钮绑定一个监听点击事件
jb.addActionListener(this);
//让当前对象监听
//给文本框绑定一个键盘点击事件
jtf.addKeyListener(this);
}
@Override
public void run() {
Scanner scanner = null;
try {
while (true) {
scanner = new Scanner(socket.getInputStream());
// 获取接收服务器信息的扫描器
while (scanner.hasNext()) {
jta.append(scanner.next() + System.lineSeparator());
// 将受到的信息显示出来,换行
}
}
} catch(IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
if (scanner != null) {
scanner.close();
}
}
}
@Override
public void actionPerformed(ActionEvent event) {
// 点击发送按钮时发送会话框中的内容
//发送数据到socket通道中
sendDataToServer();
}
@Override
public void keyPressed(KeyEvent e) {
// 键盘按下回车键时将会话框中的内容发送出去
if(e.getKeyCode() == KeyEvent.VK_ENTER) {
//发送数据到socket通道中
sendDataToServer();
}
}
@Override
public void keyTyped(KeyEvent e) {
}
@Override
public void keyReleased(KeyEvent e) {
}
//将数据发送给Server服务端
private void sendDataToServer(){
String text = jtf.getText();
// 获取文本框中发送的内容
jta.append("我:" + text + "\n");
// 在自己的聊天界面中显示
try {
// 发送数据
ps = new PrintStream(socket.getOutputStream());
ps.println(text);
ps.flush();
// 清空自己当前的会话框
jtf.setText("");
} catch (IOException el) {
el.printStackTrace();
}
}
}
客户端启动(根据需要可启动多个,代码一致):
package com.liuxingwu.client;
import java.io.IOException;
import java.net.Socket;
/**
* @author LiuXingWu
* @create 2021-01-23 9:53
*/
public class Client1 {
public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {
//1.客户端连接服务器端,返回套接字Socket对象
Socket socket = new Socket("127.0.0.1",8888);
// 用户登录
new LoginFrame(socket);
// socket.close();
// 关闭套接字
}
}
服务端
Socket处理器:
【java|java c s聊天程序_基于C/S模式的简单聊天程序(附程序源码)】package com.liuxingwu.server;
import java.io.IOException;
import java.io.PrintStream;
import java.net.Socket;
import java.util.Map;
import java.util.Scanner;
import java.util.Set;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
/**
* 套接字处理器,用来管理聊天的客户的的行为,比如找谁聊天,是否群发信息。上线下线
* 一个客户端对应一个套接字处理器
* @author LiuXingWu
* @create 2021-01-23 9:56
*/
class SocketHandler implements Runnable{
// 关联用户的名称和socket端口,借此统计用户在线的情况
private static Map map = new ConcurrentHashMap();
private Socket socket;
// 对应处理的socket
/**
* 构造函数
* @param socket 对应客户端的套接字
*/
public SocketHandler(Socket socket){
this.socket = socket;
}
@Override
public void run() {
try {
Scanner scanner = new Scanner(socket.getInputStream());
// 获取客户端的输入流
String msg = null;
// 接收用户的信息
Server.resetText(msg);
while(true){
if(scanner.hasNextLine()){
msg = scanner.nextLine();
// 读取客户端传来的数据信息
// 用户登录
if(msg.startsWith("Sign:")){
// 将用户名保存在userName中
String userName = msg.split("\\:")[1];
// 获取用户名
// 注册该用户
userRegist(userName,socket);
continue;
} else if(msg.startsWith("@") && msg.contains("-")){ // 用户选择私聊, 私聊的格式为:@userName-私聊信息
// 用户必须先注册
firstStep(socket);
// 保存需要私聊的用户名
String userName = msg.split("@")[1].split("-")[0];
// 保存私聊的信息
String str = msg.split("@")[1].split("-")[1];
// 发送私聊信息
privateChat(socket,userName,str);
continue;
} else if(msg.contains("exit")){// 用户退出聊天, 用户退出格式为:包含exit
// 用户必须先注册
firstStep(socket);
// 执行退出流程
userExit(socket);
break;
} else{// 群聊信息
// 用户必须先注册
firstStep(socket);
// 执行群聊流程
groupChat(socket, msg);
continue;
}
}
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
/**
* 第一步必须先注册!
* @param socket 当前客户端
*/
private void firstStep(Socket socket) throws IOException {
Set> set = map.entrySet();
for(Map.Entry entry : set){
if(entry.getValue().equals(socket)){
if(entry.getKey() == null){
PrintStream printStream = new PrintStream(socket.getOutputStream());
printStream.println("请先进行注册操作!");
printStream.println("注册格式为:[用户名]");
}
}
}
}
/**
* 注册用户信息
* @param userName 用户名
* @param socket 用户客户端Socket对象
*/
private void userRegist(String userName, Socket socket){
map.put(userName, socket);
Server.resetText("[用户: " + userName + "] 上线了,他的[客户端为: " + socket + "]!");
Server.resetText("当前在线人数为:" + map.size() + "人");
}
/**
* 群聊流程(将Map集合转换为Set集合,从而取得每个客户端Socket,将群聊信息发送给每个客户端)
* @param socket 发出群聊的客户端
* @param msg 群聊信息
*/
private void groupChat(Socket socket,String msg) throws IOException {
Set> set = map.entrySet();
// 将Map集合转换为Set集合
String userName = null;
// 遍历Set集合找到发起群聊信息的用户
for(Map.Entry entry : set){
if(entry.getValue().equals(socket)){
userName = entry.getKey();
break;
}
}
Server.resetText(userName + "群聊说:" + msg);
// 在服务器上显示,用于调试
// 遍历Set集合将群聊信息发给每一个客户端(除了自己以外)
for(Map.Entry entry : set){
//取得客户端的Socket对象
if (!entry.getValue().equals(socket)) {
Socket client = entry.getValue();
PrintStream printStream = new PrintStream(client.getOutputStream());
//取得client客户端的输出流
printStream.println(userName + "群聊说:" + msg);
}
}
}
/**
* 私聊流程(利用userName取得客户端的Socket对象,从而取得对应输出流,将私聊信息发送到指定客户端)
* @param socket 当前客户端
* @param userName 私聊的用户名
* @param msg 私聊的信息
*/
private void privateChat(Socket socket, String userName, String msg) throws IOException {
String curUser = null;
// 取得当前客户端的用户名
Set> set=map.entrySet();
for(Map.Entry entry : set){
if(entry.getValue().equals(socket)){
curUser=entry.getKey();
break;
}
}
Socket client = map.get(userName);
// 取得私聊用户名对应的客户端
PrintStream printStream = new PrintStream(client.getOutputStream());
// 获取私聊客户端的输出流,将私聊信息发送到指定客户端
printStream.println(curUser + "@你说:" + msg);
Server.resetText(curUser + "私聊" + userName + "说:" + msg);
// 服务器端显示,用于调试
}
/**
* 用户退出
* @param socket
*/
private void userExit(Socket socket){
String userName = null;
//利用socket取得对应的Key值
for(String key:map.keySet()){
if(map.get(key).equals(socket)){
userName=key;
break;
}
}
map.remove(userName,socket);
// 将userName,Socket元素从map集合中删除
// 提醒服务器该客户端已下线
Server.resetText("用户:"+ userName +"已下线!");
Server.resetText("当前在线人数为:" + map.size() + "人");
}
}
服务器启动:
package com.liuxingwu.server;
import javax.swing.*;
import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
/**
* 服务端管理器
* @author LiuXingWu
* @create 2021-01-23 9:56
*/
public class Server extends JFrame{
private static JTextArea jta;
//文本域
private JScrollPane jsp;
//滚动条
private int serverPort;
//服务端的端口号
//构造方法
public Server(int serverPort) {
this.serverPort = serverPort;
this.init();
// 初始化
this.excute();
// 执行
}
/**
* 初始化
*/
public void init() {
jta = new JTextArea();
//文本域 注意:需要将文本域添加到滚动条中,实现滚动效果
jsp = new JScrollPane(jta);
//滚动条
//将滚动条和面板添加到窗体中
this.add(jsp);
//设置 标题、大小、位置、关闭、是否可见
this.setTitle("聊天小程序服务端");
//标题
this.setSize(500,300);
// 宽 高
this.setLocation(0,300);
// 水平 垂直
this.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
//窗体关闭 程序退出
this.setVisible(true);
//设为可见
}
/**
* 执行
*/
public void excute() {
ServerSocket serverSocket = null;
// 创建服务端套接字
try {
serverSocket = new ServerSocket(serverPort);
// 创建线程池,从而可以处理多个客户端
ExecutorService executorService= Executors.newFixedThreadPool(20);
resetText("聊天室小程序已启动");
// 输出提示信息
while (true) {
Socket socket = serverSocket.accept();
// 监听客户端的情况,等待客户端连接
resetText("有新的朋友加入");
executorService.execute(new SocketHandler(socket));
// 对每一个客户端,创建一个套接字处理器线程
}
} catch(IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
if (serverSocket != null) {
try {
serverSocket.close();
// 关闭serverSocket通道
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
public static void resetText(String info) {
jta.append(info + "\n");
}
public static void main(String[] args){
Server server = new Server(8888);
}
}
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