Java 网络编程实战

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前面的 2 篇文章，我们介绍了 Java 网络编程的基础，介绍了 UDP 与 TCP 的编程实现，今天我们利用前面的知识，通过 Java 网络编程来完成一个聊天室的功能，支持文本的群聊和私聊。

1

聊天室功能与原理

1、聊天室的功能

每个客户端在连接到服务器端时，要通过控制台输入自己的名称，然后开始发送消息到服务端，服务端在接收到客户端的连接时，首先输出谁进入了聊天室，然后把客户端发来的消息转发给其他客户端，实现群聊的功能，如果客户端按照约定以@name#开头的格式输入消息，服务端需要解析到客户端要私聊的对象，把消息单独发送给要私聊的客户端。

2、聊天室的原理

聊天室需要一个服务器来支持，多个客户端连接到服务器端，服务器的作用就是接收不同客户端的数据，并转发到其他客户端。

客户端可发发送数据给服务器端，同时客户端也需要接收服务器端返回的数据。客户端的发送数据和接收数据是两个独立的通道，互不影响。即客户端的输出与输入要独立，可以使用多线程来实现。

服务端要为每一个客户端建立一个通道，服务端也使用多线程来实现。

服务端需要创建一个通道的列表，统一管理客户端的通道，为了实现自己发的消息，别人可以看到，不需要返回自己的通道。这样就实现了群聊的功能。也就是自己发一个消息，其他人都可以看到。

在客户端程序里为每一个客户端设置一个名称，约定以@name#开头的格式为私聊，就可以实现私聊的功能。

当程序中发生异常时，线程就停止执行。

2

聊天室的代码实现

聊天室的代码分为三大块，服务端代码和客户端代码以及工具类。

1、公共关闭资源方法

由于代码里会处理很多 IO 异常，当程序中发生异常时，线程就停止执行，并且关闭掉对应的资源，因此我们定义一个公告的关闭资源的类和方法。

public class Util {
  public static void closeAll(Closeable... io) {
    for (Closeable temp : io) {
      try {
        if (null != temp) {
          temp.close();
        }
      } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
      }
    }
  }
}

2、服务端开发

ChatChannel 类，实现服务器端的多线程，维护一个客户端的通道列表，服务器端既能接收客户端的数据，又能把数据转发给对应的客户端。

public class ChatChannel implements Runnable {


  public static List all = new ArrayList();// 通道列表


  private DataInputStream dis; // 输入流
  private DataOutputStream dos;// 输出流
  private String name;// 客户端名称
  private boolean isRunning = true;


  public ChatChannel(Socket client) {
    try {
      dis = new DataInputStream(client.getInputStream());
      dos = new DataOutputStream(client.getOutputStream());
      this.name = dis.readUTF();
      System.out.println(this.name + "进入了聊天室");
      this.send(this.name + "，您好！欢迎您进入聊天室");
      sendOthers(this.name + "进入了聊天室", true); // 系统消息
    } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
      Util.closeAll(dis, dos);
      isRunning = false;
    }
  }


  /**
   * 读取数据
   */
  private String receive() {
    String msg = "";
    try {
      msg = dis.readUTF();
    } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
      Util.closeAll(dis);
      isRunning = false;
      all.remove(this); // 移除自身
    }
    return msg;
  }


  /**
   * 发送数据
   */
  private void send(String msg) {
    if (msg != null && !"".equals(msg)) {
      try {
        dos.writeUTF(msg);
        dos.flush();
      } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
        Util.closeAll(dos);
        isRunning = false;
        all.remove(this); // 移除自身
      }
    }
  }


  /**
   * @param msg    消息内容
   * @param sysMsg 是否是系统消息
   */
  private void sendOthers(String msg, boolean sysMsg) {
    // 加入私聊的判断，约定@name#格式为私聊
    if (msg.startsWith("@") && msg.indexOf("#") > -1) { // 私聊
      // 获取name
      String name = msg.substring(1, msg.indexOf("#"));
      String content = msg.substring(msg.indexOf("#") + 1);
      for (ChatChannel other : all) {
        if (name.equals(other.name)) {
          other.send(this.name + "悄悄地对您说:" + content);
        }
      }
    } else {
      for (ChatChannel other : all) {
        if (other == this) {
          continue;
        }
        if (sysMsg) {
          other.send("系统信息:" + msg);
        } else {
          // 发送其他客户端
          other.send(this.name + "对所有人说:" + msg);
        }
      }
    }
  }


  @Override
  public void run() {
    while (isRunning) {
      sendOthers(receive(), false); // 用户消息
    }
  }
}

创建服务端类 Server，使用多线程和通道容器。

public class Server {
  public static void main(String[] args) throws IOException {
    ServerSocket server = new ServerSocket(8888);
    while (true) {
      Socket client = server.accept();
      ChatChannel channel = new ChatChannel(client);
      ChatChannel.all.add(channel);// 统一管理客户端的通道
      new Thread(channel).start(); // 启动一条通道
    }
  }
}

3、客户端开发

客户端的消息发送线程类 Send，每个客户端要设定自己的名字，同时接收控制台输入的数据并发送给服务端。

public class Send implements Runnable {


  // 控制台输入
  private BufferedReader console;
  // 输出流
  private DataOutputStream dos;
  // 客户端名称
  private String name;
  // 控制线程
  private boolean isRunning = true;


  public Send(Socket client, String name) {
    try {
      console = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
      dos = new DataOutputStream(client.getOutputStream());
      this.name = name;
      send(this.name); // 把自己的名字发给服务端
    } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
      isRunning = false;
      Util.closeAll(dos, console);
    }
  }


  /**
   * 从控制台接收数据并发送数据
   */
  public void send(String msg) {
    try {
      if (msg != null && !"".equals(msg)) {
        dos.writeUTF(msg);
        dos.flush(); // 强制刷新
      }
    } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
      isRunning = false;
      Util.closeAll(dos, console);
    }
  }


  // 从控制台接收数据
  private String getMsgFromConsole() {
    try {
      return console.readLine();
    } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
    }
    return "";
  }


  @Override
  public void run() {
    while (isRunning) {
      send(getMsgFromConsole());
    }
  }
}

客户端的消息接收线程类 Receive，用于独立接收服务端返回的数据。

public class Receive implements Runnable {
  // 输入流
  private DataInputStream dis;
  // 线程标识
  private boolean isRunning = true;


  public Receive(Socket client) {
    try {
      dis = new DataInputStream(client.getInputStream());
    } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
      isRunning = false;
      Util.closeAll(dis);
    }
  }


  /**
   * 接收数据
   */
  public String receive() {
    String msg = "";
    try {
      msg = dis.readUTF();
    } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
      isRunning = false;
      Util.closeAll(dis);
    }
    return msg;
  }


  @Override
  public void run() {
    while (isRunning) {
      System.out.println(receive());
    }
  }
}

创建客户端类 Client，发送数据和接收数据分布使用独立的多线程处理。

public class Client {
  public static void main(String[] args) throws IOException {
    System.out.println("请输入您的名称:");
    BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
    String name = br.readLine();
    if ("".equals(name)) {
      return;
    }
    Socket client = new Socket("localhost", 8888);
    new Thread(new Send(client, name)).start(); // 发送一条通道
    new Thread(new Receive(client)).start(); // 接收一条通道
  }
}

3

聊天室的功能测试

首先运行服务端 Server 类，然后运行客户端 Client 类，为第一个客户端起名叫 aaa，再运行客户端 Client 类，为第二个客户端起名叫 bbb，接着运行客户端 Client 类，为第三个客户端起名叫 ccc。

此时的控制台输出如下：

服务端控制台输出：
aaa进入了聊天室
bbb进入了聊天室
ccc进入了聊天室


客户端1控制台输出：
请输入您的名称:
aaa
aaa，您好！欢迎您进入聊天室
系统信息:bbb进入了聊天室
系统信息:ccc进入了聊天室


客户端2控制台输出：
请输入您的名称:
bbb
bbb，您好！欢迎您进入聊天室
系统信息:ccc进入了聊天室


客户端3控制台输出：
请输入您的名称:
ccc
ccc，您好！欢迎您进入聊天室

以上的测试结果说明，我们的聊天室已经支持了一个服务端可以支持多个客户端的连接，并且可以给多个客户端同时返回消息。

然后在控制台1里输入：“大家好，我是aaa，我喜欢Java。”，在控制台2里输入：“大家好，我是bbb，我喜欢唱歌。”，在控制台3里输入：“大家好，我是ccc，我喜欢跳舞。”，此时的客户端控制台输出如下：

客户端1控制台输出：
请输入您的名称:
aaa
aaa，您好！欢迎您进入聊天室
系统信息:bbb进入了聊天室
系统信息:ccc进入了聊天室
大家好，我是aaa，我喜欢Java。
bbb对所有人说:大家好，我是bbb，我喜欢唱歌。
ccc对所有人说:大家好，我是ccc，我喜欢跳舞。


客户端2控制台输出：
请输入您的名称:
bbb
bbb，您好！欢迎您进入聊天室
系统信息:ccc进入了聊天室
aaa对所有人说:大家好，我是aaa，我喜欢Java。
大家好，我是bbb，我喜欢唱歌。
ccc对所有人说:大家好，我是ccc，我喜欢跳舞。


客户端3控制台输出：
请输入您的名称:
ccc
ccc，您好！欢迎您进入聊天室
aaa对所有人说:大家好，我是aaa，我喜欢Java。
bbb对所有人说:大家好，我是bbb，我喜欢唱歌。
大家好，我是ccc，我喜欢跳舞。

以上的测试说明，我们的聊天室已经支持了群聊。

下面我们来测试一下私聊的功能，按照私聊的约定格式以“@name#”开头，bbb与ccc私聊，在控制台2里输入：“@ccc#你好ccc，我是bbb，我们一起唱歌跳舞好吗？”，ccc给bbb回复，在控制台3里输入：“@bbb#你好bbb，不好意思，没有时间。”，此时的客户端控制台输出如下：

客户端1控制台输出：
请输入您的名称:
aaa
aaa，您好！欢迎您进入聊天室
系统信息:bbb进入了聊天室
系统信息:ccc进入了聊天室
大家好，我是aaa
大家好，我是aaa，我喜欢Java。
bbb对所有人说:大家好，我是bbb，我喜欢唱歌。
ccc对所有人说:大家好，我是ccc，我喜欢跳舞。


客户端2控制台输出：
请输入您的名称:
bbb
bbb，您好！欢迎您进入聊天室
系统信息:ccc进入了聊天室
aaa对所有人说:大家好，我是aaa
aaa对所有人说:大家好，我是aaa，我喜欢Java。
大家好，我是bbb，我喜欢唱歌。
ccc对所有人说:大家好，我是ccc，我喜欢跳舞。
@ccc#你好ccc，我是bbb，我们一起唱歌跳舞好吗？
ccc悄悄地对您说:你好bbb，不好意思，没有时间。


客户端3控制台输出：
请输入您的名称:
ccc
ccc，您好！欢迎您进入聊天室
aaa对所有人说:大家好，我是aaa
aaa对所有人说:大家好，我是aaa，我喜欢Java。
bbb对所有人说:大家好，我是bbb，我喜欢唱歌。
大家好，我是ccc，我喜欢跳舞。
bbb悄悄地对您说:你好ccc，我是bbb，我们一起唱歌跳舞好吗？
@bbb#你好bbb，不好意思，没有时间。

以上的测试说明，我们的聊天室已经支持了私聊的功能。

本篇文章综合运用了 Java 网络编程、IO 流、多线程的知识，完成了一个聊天室的功能，希望大家可以熟练掌握。

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