IMLite轻量级即时通信工具开发指南

花了一周时间开发了一个简单的即时通信工具，勉强算是程序原型。现在我把开发流程和一些个人的想法记录下来。本文首先介绍程序架构和通信接口，之后会聚焦到服务器的信号槽设计原则，接下来将解释有关TCP通信的粘包问题和解决方案，最后一个部分是一些改进建议。

源码下载：https://gitee.com/learnhow/imlite

程序架构图例：

一、架构方案介绍

主程序（MainWindow）启动服务器（TcpServer），在收到客户端的连接请求之后会开启一个线程并创建子连接（TcpSocket）。目前支持的消息类型有三种，分别为：Message——由客户端发起的端到端消息或直接由服务器发起的广播消息，这是即时通信最基础的通信要求。MessageConnCallback——由服务器向新连接的终端发起的socketID反向注册信息，目的是告知客户端本次连接在服务器端生成的socketID。MessageConnecter——由服务器向所有终端发布的一条广播，通知所有终端其他的终端socketID和客户端自定义的nickname，这是实现端到端通信的基础。

端到端通信的原理实际上是由客户端发送一条携带了接收方socketID的信息。服务器在收到后会解析并进行转发。

为了让多种消息类型能够统一，程序提供了MessageInterface接口和TcpSocketData对象。所有的消息类型都必须实现MessageInterface接口，并且在发送端和接收端都必须通过TcpSocketData来注册消息类型包括进行序列化和反序列化。

NetPacket提供了消息打包和解包方法。为发送的数据包加上一个字符串作为包尾，并且在接收端可以根据包尾来解包并分割为原始报文。更详细的信息将在第三节介绍。

SQLiteService实现了一种简单的数据保存方法，由于程序开发的重点不在于此，并没有做专门设计。二次开发中应该会重新设计，这里一带而过。

二、通信机制介绍

本例中所有对象的通信都采用信号槽，信号槽是Qt提供的一种消息流转机制。在命名规则上，程序按照Qt的命名方案：槽的命名使用动词一般现在时，信号命名使用动词过去时。并且以“谁创建谁连接”的原则编写，例如：TcpServer负责创建所有的子连接TcpSocket，因此与它的信号槽连接都会放在TcpServer中实现。

接下来以客户端向服务器端发起连接请求为例做简单介绍。服务器（TcpServer）通过incomingConnection（qintptr）方法产生socketID，立刻通过子连接向终端发送connectionCallback信号，接着会发送广播向终端通知有新的连接加入，最后还会向UI层发送一个与显示有关的信号（程序中表现为在QWidgetList中增加一个Item）。

// 当有新的终端连接请求时被调用
void TcpServer::incomingConnection(qintptr handle)
{
    ...

    clientStatusConnect(QString("%1").arg(handle));
}

void TcpServer::clientStatusConnect(QString socketDescriptor)
{

    socketnicknamemap.insert(socketDescriptor, "Guest");
    // 向终端反向注册handle
    MessageConnCallback callback; 
    callback.setSocketDescriptor(socketDescriptor);
    emit connectionCallback(callback); ①

    MessageConnecter msgConn;
    msgConn.setConnectors(socketnicknamemap);
    emit terminalsPublished(msgConn); ②

    // 反馈信号至UI:增加终端
    emit clientStatusTriggered(socketDescriptor, 1);
}

其它的代码就不一一解释了。

三、Tcp粘包和解决方案

观察上面的源码片段，当有新连接产生后，服务器会“同时”向终端发送两条数据（注：①②）。客户端的void dataRecv()方法会调用QByteArray buff = tcpSocket->readAll()读取数据，这时有极大的几率发生“粘包”——服务器发送的两条报文A、B，客户端以A+B作为一条报文读取出来。我的解决方案是在发送端为每段报文增加一个字符串（CF07D）作为结束标志，在接收端就以此标志对报文分割。

QByteArray NetPacket::package(const QByteArray &data)
{
    QByteArray wrap(data);
    wrap += splite;
    return wrap;
}

QList NetPacket::unpackage(const QByteArray &wrap)
{
    QList bufflist;
    int pos = 0;
    int prev = 0;
    while((pos = wrap.indexOf(splite, pos)) != -1) {
        QByteArray part = wrap.mid(prev, pos);
        bufflist.push_back(part);
        pos += splite.length();
        prev = pos;
    }
    return bufflist;
}

四、问题及改进建议

（1）信号槽是一个好东西，但是不能滥用：程序中所有对象的数据流转都是通过信号槽机制。不可否认这样做似乎减少了模块耦合，但是增加了维护的难度。并且看上去也显得“乱糟糟”的。如果一条数据同时需要经过多个对象处理，就必须为此设计多个信号槽。

（2）把消息分开传输：服务器的自连接与客户端之间只使用了一个socket端口通信（8361），这样在接收端就必须为不同的消息类型设计不同的type值。更加合理的做法是让客户端与服务器同时使用多个端口进行通信，既有利于需求扩展又不至于让接收端的方法无限膨胀。