Golang实现并发聊天室
目录结构
- 前言以及项目简介
- 门槛
- 项目演示截图
- 项目流程图
- 各个功能模块详细说明
-
- 全局变量以及关键函数
- 广播用户上线
- 广播用户消息
- 展示在线用户名
- 修改用户名
- 用户退出
- 超时处理
- 总结
- 源码
前言以及项目简介
Golang是一门极为出色的语言，近些年也越发火热。每一种语言火起来都有它的道理，Golang就是以其独树一帜的并发处理和高性能博得了众多程序员的青睐，不少的C/C++、Java、PHP开发者都已经或逐渐转型扑向Go语言的怀抱。
从当初刚刚接触Go到现在大概有25天了，一直在看某马的培训视频，也确实学到了不少东西。这个并发聊天室就是他们GO语言与区块链就业班的阶段性学习项目。该项目处于整个课程中的第二阶段——并发编程与网络编程，这个并发聊天室就作为此阶段的收尾项目，可见其不容小觑的学习意义和价值。
整个项目的讲解视频共有12节，平均每节十几分钟。我只是看了前三节，包括这个聊天室的功能简介，老师会把项目完整运行一遍，给大家展示其具备的所有功能，还有这个项目的核心部分——并发处理机制，当时我就是在这里反复看了好几遍。然后我就开始做这个项目了，也没去看他给的源码里所有模块的具体实现。感觉有了大体的方向以后我就可以先尝试自己走，到项目这里跟老师跟太紧的话容易给自己弄晕。
历时不到两天也算是把这个项目做完了，我做的时候给分成了两个阶段，第一阶段完成了核心功能：用户进入聊天室后把用户进入的信息广播发送给其他用户，还有广播每位用户发送的信息。这一阶段参照了老师给的源码里manager()这个函数；第二阶段就是剩下的功能模块，像用户改名、用户退出、超时处理这些，在完成超时处理的时候参照了源码里select监听超时这段代码块的位置。
所以说这个项目基本全是我一个字一个字码上去的，至于老师给的源码我也只是参照了一小部分，到现在我也没运行过老师给的源码，而且老师的课程和源码都只有服务器的，没有客户端，我是都做出来了的。本文后面会把我的源码和老师给的源码都贴出来。
门槛
然后说一下这个并发聊天室项目的门槛，或者说它适合什么样水平的人学习。整个项目涉及到的知识有：分支、循环、函数、map、结构体、并发编程、网络编程、select超时处理等等。项目虽然不大，但是涵盖了不少的基础知识，所以非常适合刚看完一本入门书、学完基础的人拿过来练手。至于大佬可以多批评，提提建议，或者直接无视。
项目演示截图
先给大家看一下这个聊天室运行起来后是什么样子，大致有个形象地认识。
视频中的演示截图：
视频里的演示就是这个样子的，是不是看起来一点都不像聊天室？哈哈哈哈哈哈，接下来看看我做的聊天室：
我演示的时候同时开了三个客户端，用户名分别是用的马化腾、马云、周鸿祎，截图的时候只截了马化腾和周鸿祎的，这些已经能够完整地展示出聊天室支持的各个功能。
马化腾的客户端：
周鸿祎的客户端：
我的后台服务器：
可以看到我的聊天室对于交互的友好性做了很多努力，加入了一些提示字符，让整个聊天室结构显得更清晰了，后续学完前端还可以进一步完善。需要注意的是最好在Goland-IDE运行我的代码，如果在cmd命令行里运行的话，那些符号都会产生乱码，无法识别。源码会在本文后面给出。
项目流程图
有个逻辑清晰、结构明了的流程图能帮助我们省去很多不必要的麻烦，不然直接开始撸代码的话可能会造成思维混乱，跳不出来。
先来看看培训班给的流程图：
然后是我的流程图：
其实对于老师给的流程图我基本上没怎么细看，那就讲讲我自己的流程图吧，第一张图基本上是所有TCP数据传输的整体流程，没什么好说的，学完TCP都应该掌握，只有那个manager函数是这个项目里独有的。第二张图先从客户端开始看，因为服务器在循环监听着通信套接字，客户端是主动发送消息的一端，客户端的消息对应图上绿色的小对话框，服务器收到这个消息后经过一系列处理变成黄色的小对话框，随后经过三个channel又被返回给了客户端。这就是并发聊天室的核心——并发处理流程。
各个功能模块详细说明
全局变量以及关键函数
- var message = make(chan []byte);
这是一个无缓冲channel，所有客户端发到服务器的消息经过处理后都会被写入这个channel - manager()函数，这是我们项目里的管家，专门负责监听着全局channel——message的读端，一旦有消息写进来，manager就负责把消息广播给所有在线用户。
//管家循环监听管道message
func manager() {
for {
select {
case msg := <-message:
for _, v := range onlineUsers {
v.C <- msg
}
}
}
}
- 存储用户信息的结构体，其中C专门处理用户发送的消息，NewUser专门处理用户进入聊天室和退出聊天室的信息
//管家循环监听管道message
type userInfo struct {
name string
C chan []byte
NewUser chan []byte //用于广播用户进入或退出当前聊天室的信息
}
- var onlineUsers = make(map[string]userInfo)
这个map用于存储所有的在线用户，键是该用户的ip+port，值就是第三条说的结构体 - func HandleConnect(conn net.Conn)
这是专门用于处理服务器与单独客户端之间读写的函数它和accept函数都被放在一个死循环里，accept一旦受到客户端连接请求并连接成功，就会启动go程去执行这个函数，与此同时主go程就循环回去继续阻塞在accept函数，监听着其他的客户端连接请求。
广播用户上线
客户端连接成功后，我会要求他先输入一个用户名，然后客户端把这个用户名使用write发送给服务器，服务器收到这个用户名以后就把他存到全局map里面，把用户名拿来再加上一些提示信息发送给每位用户的channel——NewUser，然后立刻启动go程去监听每个用户自己的channel，一旦有消息写进来，服务器就把从channel里读出来的用户上线信息用write发送给客户端。
广播用户消息
与之前处理广播用户上线类似，
msg = append([]byte("["+thisUser+"]对大家说:"), buf2[:n]...)
但是这里thisUser不能和上面的读到的用户名一致了，当时在这个问题上困扰了好久。就是说现在面临的问题是：当多个客户端同时连接到服务器，此时服务器如何判断读到的信息来自哪个客户端？我的答案是：当服务器读到客户端发来的消息后，立刻调用conn.RemoteAddr()即可获取当前发送消息的客户端的地址。
展示在线用户名
同样在服务器循环阻塞监听读取客户端消息的后面，加上一个switch分支结构，如果读来的消息和“who”相等的话，就用for遍历一下全局的map
修改用户名
指定用户修改用户名的方法是“rename|”+新用户名，只需在上一条的switch分支里加上case，消息的前7个字符和“rename|”相等的话，就执行后续改名的代码。需要注意的是，这里处理完成后紧接着还要在广播用户消息的地方改一下，不然服务器会把“who”、“rename|”这些东西都给广播出去。
用户退出
用户退出主要有那么几种情形：
- 用户关闭了客户端，或者用户手动停止了当前程序的运行。这个情形不难处理，还是在上面说的那个switch分支里面，加上一个case，如果服务器读出来的内容是0，就说明客户端已经断开连接了。相应的代码片段：
n, err := conn.Read(buf2)
//用于存储当前与服务器通信的客户端上的那个同户名
thisUser := onlineUsers[conn.RemoteAddr().String()].name
switch {
case n == 0:
fmt.Println(conn.RemoteAddr(), "已断开连接")
for _, v := range onlineUsers {
if thisUser != "" {
v.NewUser <- []byte("用户[" + thisUser + "]已退出当前聊天室\n")
}
}
- 如果服务器主动在HandleConnect()函数里执行了return，或者服务器程序关闭、停止运行，也会导致客户端的退出，这种情形对应的代码是客户端循环读取服务器消息时，读出内容的长度为0，和上一条是相对的。代码片段：
for {
buffer2:=make([]byte,4096)
n,err:=conn.Read(buffer2)
if n==0{
fmt.Println("服务器已关闭当前连接，正在退出……")
return
}
if err!=nil{
fmt.Println("conn.Read error:",err)
return
}
fmt.Print(string(buffer2[:n]))
}
- 第三种情形就是用户长时间没有发送消息，服务器会有一个超时处理的select，负责把这样的用户踢出聊天室。具体内容在下一个超时处理模块分析。
超时处理
当时在解决这个问题的时候也是琢磨了好久尝试过很多种channel，放到过很多位置也没能实现。最后的解决思路是这样的：服务器中有一个go程专门负责循环监听着客户端发来的消息，如果客户端没有任何动作，服务器就会在相应的conn.Read()处阻塞，所以应在HandleConnect函数的开头处定义一个控制超时的channel——overTime，当服务器读到客户端消息后，再给overTime写入“true”，那么负责监听overTime输出端和超时的select代码块就只能放在这个go程的外面。
相应代码片段：
for {
select {
case <-overTime:
case <-time.After(time.Second * 60):
_, _ = conn.Write([]byte("抱歉，由于长时间未发送聊天内容，您已被系统踢出"))
thisUser := onlineUsers[conn.RemoteAddr().String()].name
for _, v := range onlineUsers {
if thisUser != "" {
v.NewUser <- []byte("用户[" + thisUser + "]由于长时间未发送消息已被踢出当前聊天室\n")
}
}
delete(onlineUsers, conn.RemoteAddr().String())
return
}
}
只有不断向overTime写入数据，这个select才不会进入计时。当overTime写入了数据后，这个case不作为，意味着立即重新执行循环，进入计时，也就是老师讲课时说的重置计时器。
总结
本文只对服务器的功能模块进行了详细说明，实际开发的时候我是服务器客户端同时来写的，如果你能完全看明白服务器的代码，那么客户端的代码就很容易了，所以这里对于客户端不做介绍。
我在整个项目中最耗时的部分是：整个并发机制的理解，就是说所有这5个channel各自的作用，怎么协同运行的，需要动脑筋去思考；然后是select超时处理那部分，之前我把管家manager放到了监听客户端消息的那个go程里面了，带来了很多麻烦。其实管家manager只需负责监听全局channel，不必写在HandleConnect里面，而且它里面用到的变量也基本都是全局变量，所以完全可以把它放到HandleConnect()外面，单独作为一个go程去运行。由此给我带来的教训是：如果一个函数或代码块与另一个函数之间不存在绝对的关联性，就不要放在另一个函数里面，否则就会产生相互依赖，进而带来麻烦，当一个项目的逻辑越来越复杂，能做到这一点还是很不容易的；还有就是用户修改名称那部分，牵扯出来很多逻辑判断，这里也调试了很久；再然后就是各种小bug了，可以说是不计其数，最后也是一点点得到了解决。
源码
最后给大家贴出我的这个并发聊天室源码和老师给的源码。老师的只有服务器，我的源码里服务器和客户端都有（知道你们都在等这个，哈哈哈哈哈）。先来看我的源码吧。
我的服务器源码：
package main
import (
"fmt"
"net"
"time"
)
//定义一个全局的channel，用于处理从各个客户端读到的消息
var message = make(chan []byte)
//定义一个结构体userInfo，用于存储每位聊天室用户的信息（名称+用户各自的管道C）
type userInfo struct {
name string
C chan []byte
NewUser chan []byte //用于广播用户进入或退出当前聊天室的信息
}
//定义一个map，用于存储聊天室中所有在线的用户和用户信息
var onlineUsers = make(map[string]userInfo)
func main() {
listener, err := net.Listen("tcp", "127.0.0.1:8011")
if err != nil {
fmt.Println("net.Listen error:", err)
return
}
fmt.Println("够浪聊天室-服务器已启动")
fmt.Println("正在监听客户端连接请求……")
//启动管家go程，不断监听全局channel————message
go manager()
for {
conn, err := listener.Accept()
if err != nil {
fmt.Println("listener.Accept error:", err)
return
}
fmt.Printf("地址为[%v]的客户端已连接成功\n", conn.RemoteAddr())
// 如果监听到连接请求并成功以后，
// 服务器进入下面的go程，
// 在该go程中处理服务器和该客户端之间的读写或其他事件
// 与此同时，服务器在主go程中回去继续监听着其他客户端的连接请求
go HandleConnect(conn)
}
}
// 这个函数完成服务器对一个客户端的整套处理流程
func HandleConnect(conn net.Conn) {
defer conn.Close()
// 管道overTime用于处理超时
overTime := make(chan bool)
// 用于存储用户名信息
buf1 := make([]byte, 4096)
n, err := conn.Read(buf1)
if err != nil {
fmt.Println("conn.Read error:", err)
return
}
userName := string(buf1[:n]) //n-1是为了去掉末尾的\n
perC := make(chan []byte)
perNewUser := make(chan []byte)
user := userInfo{
name: userName, C: perC, NewUser: perNewUser}
onlineUsers[conn.RemoteAddr().String()] = user
fmt.Printf("用户[%s]注册成功\n", userName)
_, _ = conn.Write([]byte("你好," + userName + ",欢迎来到『够浪』™聊天室,请畅所欲言！"))
//广播通知。遍历map
go func() {
for _, v := range onlineUsers {
v.NewUser <- []byte("用户[" + userName + "]已加入当前聊天室\n")
}
}()
//监听每位用户自己的channel
go func() {
for {
select {
case msg1 := <-user.NewUser:
_, _ = conn.Write(msg1)
case msg2 := <-user.C:
_, _ = conn.Write(msg2)
}
}
}()
//循环读取客户端发来的消息
go func() {
buf2 := make([]byte, 4096)
for {
n, err := conn.Read(buf2)
//用于存储当前与服务器通信的客户端上的那个同户名
thisUser := onlineUsers[conn.RemoteAddr().String()].name
switch {
case n == 0:
fmt.Println(conn.RemoteAddr(), "已断开连接")
for _, v := range onlineUsers {
if thisUser != "" {
v.NewUser <- []byte("用户[" + thisUser + "]已退出当前聊天室\n")
}
}
delete(onlineUsers, conn.RemoteAddr().String())
return
case string(buf2[:n]) == "who\n":
_, _ = conn.Write([]byte("当前在线用户:\n"))
for _, v := range onlineUsers {
//fmt.Println(v.name)
_, _ = conn.Write([]byte("" + v.name + "\n"))
}
case len(string(buf2[:n])) > 7 && string(buf2[:n])[:7] == "rename|":
//n-1去掉buf2里的空格
onlineUsers[conn.RemoteAddr().String()] = userInfo{
name:string(buf2[:n-1])[7:],C: perC, NewUser: perNewUser}
_, _ = conn.Write([]byte("您已成功修改用户名！\n"))
}
if err != nil {
fmt.Println("conn.Read error:", err)
return
}
var msg []byte
if buf2[0] != 10 && string(buf2[:n]) != "who\n" {
if len(string(buf2[:n])) <= 7 || string(buf2[:n])[:7] != "rename|" {
msg = append([]byte("["+thisUser+"]对大家说:"), buf2[:n]...)
}
} else {
msg = nil
}
//
overTime <- true
message <- msg
}
}()
for {
select {
case <-overTime:
case <-time.After(time.Second * 60):
_, _ = conn.Write([]byte("抱歉，由于长时间未发送聊天内容，您已被系统踢出"))
thisUser := onlineUsers[conn.RemoteAddr().String()].name
for _, v := range onlineUsers {
if thisUser != "" {
v.NewUser <- []byte("用户[" + thisUser + "]由于长时间未发送消息已被踢出当前聊天室\n")
}
}
delete(onlineUsers, conn.RemoteAddr().String())
return
}
}
}
//管家循环监听管道message
func manager() {
for {
select {
case msg := <-message:
for _, v := range onlineUsers {
v.C <- msg
}
}
}
}
我的客户端源码：
package main
import (
"fmt"
"net"
"os"
)
func main() {
fmt.Println("正在连接服务器……")
conn,err:=net.Dial("tcp","127.0.0.1:8011")
if err!=nil{
fmt.Println("net.Dial error:",err)
return
}
defer conn.Close()
fmt.Println("连接服务器成功")
fmt.Println("先起一个名字吧：")
var userName string
//使用Scan输入，不允许出现空格
_, _ = fmt.Scan(&userName)
_, _ = conn.Write([]byte(userName))
buf2:=make([]byte,4096)
n, err := conn.Read(buf2)
if err!=nil{
fmt.Println("conn.Read error:",err)
return
}
// 客户端收到“你好，***，欢迎来到够浪聊天室，请畅所欲言！”
fmt.Println(string(buf2[:n]))
fmt.Println("⚠提示:长时间没有发送消息会被系统强制踢出")
//客户端发送消息到服务器
go func() {
for {
buffer1:=make([]byte,4096)
//这里使用Stdin标准输入，因为scanf无法识别空格
n,err:=os.Stdin.Read(buffer1)
if err!=nil{
fmt.Println("os.Stdin.Read error:",err)
continue
}
_, _ = conn.Write(buffer1[:n]) //写操作出现error的概率比较低，这里省去判断
}
}()
//接收服务器发来的数据
for {
buffer2:=make([]byte,4096)
n,err:=conn.Read(buffer2)
if n==0{
fmt.Println("服务器已关闭当前连接，正在退出……")
return
}
if err!=nil{
fmt.Println("conn.Read error:",err)
return
}
fmt.Print(string(buffer2[:n]))
}
}
老师给的服务器源码：
package main
import (
"net"
"fmt"
"strings"
"time"
)
// 创建用户结构体类型！
type Client struct {
C chan string
Name string
Addr string
}
// 创建全局map，存储在线用户
var onlineMap map[string]Client
// 创建全局 channel 传递用户消息。
var message = make(chan string)
func WriteMsgToClient(clnt Client, conn net.Conn) {
// 监听 用户自带Channel 上是否有消息。
for msg := range clnt.C {
conn.Write([]byte(msg + "\n"))
}
}
func MakeMsg(clnt Client, msg string) (buf string) {
buf = "[" + clnt.Addr + "]" + clnt.Name + ": " + msg
return
}
func HandlerConnect(conn net.Conn) {
defer conn.Close()
// 创建channel 判断，用户是否活跃。
hasData := make(chan bool)
// 获取用户 网络地址 IP+port
netAddr := conn.RemoteAddr().String()
// 创建新连接用户的 结构体. 默认用户是 IP+port
clnt := Client{
make(chan string), netAddr, netAddr}
// 将新连接用户，添加到在线用户map中. key: IP+port value：client
onlineMap[netAddr] = clnt
// 创建专门用来给当前 用户发送消息的 go 程
go WriteMsgToClient(clnt, conn)
// 发送 用户上线消息到 全局channel 中
//message <- "[" + netAddr + "]" + clnt.Name + "login"
message <- MakeMsg(clnt, "login")
// 创建一个 channel ， 用来判断用退出状态
isQuit := make(chan bool)
// 创建一个匿名 go 程， 专门处理用户发送的消息。
go func() {
buf := make([]byte, 4096)
for {
n, err := conn.Read(buf)
if n == 0 {
isQuit <- true
fmt.Printf("检测到客户端:%s退出\n", clnt.Name)
return
}
if err != nil {
fmt.Println("conn.Read err:", err)
return
}
// 将读到的用户消息，保存到msg中，string 类型
msg := string(buf[:n-1])
// 提取在线用户列表
if msg == "who" && len(msg) == 3 {
conn.Write([]byte("online user list:\n"))
// 遍历当前 map ，获取在线用户
for _, user := range onlineMap {
userInfo := user.Addr + ":" + user.Name + "\n"
conn.Write([]byte(userInfo))
}
// 判断用户发送了 改名 命令
} else if len(msg) >=8 && msg[:6] == "rename" {
// rename|
newName := strings.Split(msg, "|")[1] // msg[8:]
clnt.Name = newName // 修改结构体成员name
onlineMap[netAddr] = clnt // 更新 onlineMap
conn.Write([]byte("rename successful\n"))
}else {
// 将读到的用户消息，写入到message中。
message <- MakeMsg(clnt, msg)
}
hasData <- true
}
}()
// 保证 不退出
for {
// 监听 channel 上的数据流动
select {
case <-isQuit:
delete(onlineMap, clnt.Addr) // 将用户从 online移除
message <- MakeMsg(clnt, "logout") // 写入用户退出消息到全局channel
return
case <-hasData:
// 什么都不做。 目的是重置 下面 case 的计时器。
case <-time.After(time.Second * 60):
delete(onlineMap, clnt.Addr) // 将用户从 online移除
message <- MakeMsg(clnt, "time out leaved") // 写入用户退出消息到全局channel
return
}
}
}
func Manager() {
// 初始化 onlineMap
onlineMap = make(map[string]Client)
// 监听全局channel 中是否有数据, 有数据存储至 msg， 无数据阻塞。
for {
msg := <-message
// 循环发送消息给 所有在线用户。要想执行，必须 msg := <-message 执行完， 解除阻塞。
for _, clnt := range onlineMap {
clnt.C <- msg
}
}
}
func main() {
// 创建监听套接字
listener, err := net.Listen("tcp", "127.0.0.1:8000")
if err != nil {
fmt.Println("Listen err", err)
return
}
defer listener.Close()
// 创建管理者go程，管理map 和全局channel
go Manager()
// 循环监听客户端连接请求
for {
conn, err := listener.Accept()
if err != nil {
fmt.Println("Accept err", err)
return
}
// 启动go程处理客户端数据请求
go HandlerConnect(conn)
}
}