Android之聊天室设计与开发

Posted 2020-08-15 冷的锋刃

我们要设计和实现一个有聊天室功能的APP，需要服务器不断读取来自客户端的信息，并即时地将信息发送给每个连接到本服务器上的客户端，每个客户端可以向服务器发送消息，并不断地接收来自服务器的消息，并将消息显示在界面上。这样就实现了客户端与客户端之间的即时聊天功能。

我用草图画了一下及基本流程为：

原理与思路：

使用TCP面向连接的套接字来建立服务端和客户端两个IP地址端点之间的会画。

服务器端主要完成用户信息的存储、客户端命令的响应与接收、信息的转发等功能。

客户端主要完成登陆、聊天信息的接收以及发送信息等功能。客户端必须在服务器启动后才能连接成功，用户登陆以后聊天室的客户端会显示用户已经登陆，可以与服务器进行即使聊天。

服务器端设计

服务器端是整个聊天室的核心部分，它涵盖了客户端的加入、客户端请求如何处理等一系列功能，客户发送的信息也是通过服务器端发送给其他用户的。

系统的安全性

服务器的安全包括两个部分，一是服务器本身软件和硬件上的安全性，比如防止安全漏洞；而是客户和服务器通讯协议的安全性设计，防止通过协议本身非法攻击服务器。

系统并发服务能力

多线程并发处理可以使CPU效率达到最高，举个例子来说，网络的数据传送速率远远低于CPU的处理能力，本地文件系统资源的读写速度也远远低于CPU的处理能力，在传统的单线程环境中，在一个线程程序中如果出现阻塞则整个程序都可以能停止运行，而在一个多线程的程序中就不会出现这样的问题。当一个线程阻塞时，别的线程依然可以大大地提高CPU的效率。

服务器端主要类的定义

SerFrame类是服务器端程序的入口，其中包括一个主窗体、若干个容器、按钮和文本框。Init()方法是使整个图形界面初始化。同时还有ServerStart() 方法和ServerStop()两个方法，当运行ServerStart()方法时就会创建一个ServerSocket()对象并设定1001端口号，关闭聊天界面会自动断开连接。

serConnect类集成了Thread线程类，并重写了父类的main()方法。方法中的run()方法一直处于监听状态，直到返回值为false时，也就是服务器关闭时。控制输入输出流来显示在线信息，并发送到用户管理的设计。

服务器端用户管理的设计

通过定义UesrInfoList和Node这两个类来实现服务器管理用户功能，当服务器接收到一个客户端的请求，服务器就会初始化一个Node节点作为客户端，Node类中包括输入输出、用户名等必要的属性，还定义了其它自身引用NodeNext，其作用是将客户端设计成链接表，通过这个属性让他们互相连接，这样设计的优点是不需要再定义Map或者List来存放客户端结点，只要在Node中增加一个属性就能够实现，从而提高性能。UserInfoList中定义了对Node结点查找、增加、删除等方法，无论是发送信息、上线、下线和私聊都是调用UserInfoList中的方法来确定对哪个客户端进行操作的。Node对象是存放在内存中的，当ServerSocket关闭的时候会释放资源，Node结点失效。

服务器端消息显示设计

服务器端是所有消息中转战和系统消息发出站。在客户端Node类定义两个属性，分别是ObjectOutputStream和ObjectIntputStream，这是java语言的输出输入流，应用所有所有信息的传递。首先ServerListenerThread会捕获到客户端的请求，然后引用ChatRoom类并调用ObjectOutStream方法发送消息。如果是群聊，则调用SendMessage中的SendMsgToAll发送到每一个客户端，并调用UserInfoList来获取所有客户。客户端获得消息后调用服务器中定义的Node类中的OutputStream将接受的显示到图形界面中的文本输出框。若果是私聊，UserInfoList会查找到是哪个用户，再调用SendMessage方法将消息发送到指定客户端。

客服端设计

客户端中实现了客户界面的显示以及与服务器端的数据交换，包括接收和发送信息。它继承了Thread线程类，因而多个客户端可以并发执行。

客户端设计准则

客户端作为面对普通的群体，其作用是非常重要的，它的权限没有服务器高。在客户端的设计中只要加入客户端启动界面和发送、接收信息的线程以及一些对基本字符串的简单功能，其他复杂的功能都由服务器来完成。

客户端主要类的定义

ChatClient类中定义了客户端的主要函数，login方法是用于用于登陆的 ，不需要事先注册，用户名不为空即可登陆。另外，还要logout下线以及发送信息的方法。客户端的主界面的初始化写在inti方法中，和服务器端界面类似，它由一个panel和若干个按钮和textArea组成，这些Swing组件与服务器端的监听器相连。

客户端登陆设计

程序登陆需要验证，若果用户不是已经存在的用户名，则基本的那个路成功。登陆功能中首先要实例化一个Socket，传入本机的IP地址和连接服务器的端口号，然后congratulationsocket对象获取输入流，实例化用户线程并启用，若果服务器未启动则抛出异常，并在主界面中显示错误信息。

客户端发端发送信息的设计

SendMessage方法实现发送信息，该方法首先获得要发送的对象和内容，然后把提示信息、聊天方法、聊天对象、聊天内容和表情依次通过输出流发送给服务器端，发送一条并及时清空一次缓存，服务器会根据接收到的信息作相应的处理。

客户端显示收到的消息的设计

ReiMessage方法实现接收消息，该方法中定义了一个while循环，只要用户没有断开与服务器的连接或者下线，则消息一直处于接收状态。当输入流接收服务器发送的内容后，用了条件语句判断是和何种类型的信息，并对其加上相对应的类型提示信息的处理。最后送交主界面进行显示。

创建服务器主类：

package com.home.server; 
 
import java.io.IOException; 
import java.net.ServerSocket; 
import java.net.Socket; 
import java.util.ArrayList; 
 
public class MyServer { 
 
    // 定义保存所有Socket的集合  
    public static ArrayList<Socket> socketList = new ArrayList<Socket>(); 
 
    public static void main(String[] args) throws IOException { 
        ServerSocket ss = new ServerSocket(20000); 
        System.out.println("服务器创建成功！"); 
        System.out.println("等待客戶端的连接。。。"); 
        while (true) { 
            // 此行代码会阻塞，等待用户的连接  
            Socket socket = ss.accept(); 
            System.out.println("有客户端连接进来！"); 
            socketList.add(socket); 
            // 每当客户端连接后启动一条ServerThread线程为该客户端服务  
            new Thread(new ServerThread(socket)).start(); 
        } 
    } 
 
} 

　　Server：

package com.home.server;

import java.io.IOException;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.ArrayList;

public class MyServer {

 // 定义保存所有Socket的集合
 public static ArrayList<Socket> socketList = new ArrayList<Socket>();

 public static void main(String[] args) throws IOException {
  ServerSocket ss = new ServerSocket(20000);
  System.out.println("服务器创建成功！");
  System.out.println("等待客戶端的连接。。。");
  while (true) {
   // 此行代码会阻塞，等待用户的连接
   Socket socket = ss.accept();
   System.out.println("有客户端连接进来！");
   socketList.add(socket);
   // 每当客户端连接后启动一条ServerThread线程为该客户端服务
   new Thread(new ServerThread(socket)).start();
  }
 }

}

服务器的线程:

package com.home.server; 
 
import java.io.BufferedReader; 
import java.io.IOException; 
import java.io.InputStreamReader; 
import java.io.OutputStream; 
import java.net.Socket; 
 
public class ServerThread implements Runnable { 
    // 定义当前线程所处理的Socket  
    private Socket socket = null; 
    // 该线程所处理的Socket所对应的输入流  
    BufferedReader br = null; 
 
    public ServerThread(Socket socket) throws IOException { 
        this.socket = socket; 
        // 初始化该Socket对应的输入流  
        br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream(), 
                "utf-8")); 
    } 
 
    @Override 
    public void run() { 
        try { 
            String content = null; 
            // 采用循环不断从Socket中读取客户端发送过来的数据  
            while ((content = readFromClient()) != null) { 
                // 遍历socketList中的每个Socket，将读到的内容向每个Socket发送一次  
                for (Socket s : MyServer.socketList) { 
                    OutputStream os = s.getOutputStream(); 
                    os.write((content + "\\n").getBytes("utf-8")); 
                } 
            } 
        } catch (Exception e) { 
            e.printStackTrace(); 
        } 
    } 

定义读取客户端数据的方法：

    private String readFromClient() { 
        try { 
            return br.readLine(); 
        } 
        // 如果捕捉到异常，表明该Socket对应的客户端已经关闭  
        catch (Exception e) { 
            // 删除该Socket  
            MyServer.socketList.remove(socket); 
            e.printStackTrace(); 
        } 
        return null; 
    } 
} 

客户端主体类Activity：

package com.home.activity; 
 
import java.io.OutputStream; 
import java.net.Socket; 
 
import android.app.Activity; 
import android.os.Bundle; 
import android.os.Handler; 
import android.os.Message; 
import android.view.View; 
import android.view.View.OnClickListener; 
import android.widget.Button; 
import android.widget.EditText; 
 
import com.home.R; 
import com.home.util.ClientThread; 
 
public class MultiThreadClient extends Activity { 
    private EditText input, show; 
    private Button sendBtn; 
    private OutputStream os; 
    private Handler handler; 
 
    @Override 
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) { 
        super.onCreate(savedInstanceState); 
        setContentView(R.layout.activity_main); 
        input = (EditText) findViewById(R.id.main_et_input); 
        show = (EditText) findViewById(R.id.main_et_show); 
        sendBtn = (Button) findViewById(R.id.main_btn_send); 
        handler = new Handler() { 
            @Override 
            public void handleMessage(Message msg) { 
                // 如果消息来自子线程  
                if (msg.what == 0x234) { 
                    // 将读取的内容追加显示在文本框中  
                    show.append("\\n" + msg.obj.toString()); 
                } 
            } 
        }; 
        Socket socket; 
        try { 
            socket = new Socket("192.168.0.101", 20000); 
            // 客户端启动ClientThread线程不断读取来自服务器的数据  
            new Thread(new ClientThread(socket, handler)).start(); 
            os = socket.getOutputStream(); 
        } catch (Exception e) { 
            e.printStackTrace(); 
        } 
        sendBtn.setOnClickListener(new OnClickListener() { 
 
            @Override 
            public void onClick(View v) { 
                try { 
                    // 将用户在文本框内输入的内容写入网络  
                    os.write((input.getText().toString() + "\\r\\n").getBytes()); 
                    // 清空input文本框数据  
                    input.setText(""); 
                } catch (Exception e) { 
                    e.printStackTrace(); 
                } 
            } 
        }); 
    } 
 
}