使用MulticastSocket实现多点广播
DatagramSocket只允许数据报发送给指定的目标地址，而MulticastSocket可以将数据报以广播方式发送到数量不等的多个客户端。
若要使用多点广播时，则需要让一个数据报标有一组目标主机地址，当数据报发出后，整个组的所有主机都能收到该数据报。IP多点广播（或多点发送）实 现了将单一信息发送到多个接收者的广播，其思想是设置一组特殊网络地址作为多点广播地址，每一个多点广播地址都被看做一个组，当客户端需要发送、接收广播 信息时，加入到该组即可。
IP协议为多点广播提供了这批特殊的IP地址，这些IP地址的范围是224.0.0.0至239.255.255.255。 多点广播的示意图如图17.7所示：
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| （点击查看大图）图17.7 多点广播的示意图 |
从图17.7中可以看出，通过Java实现多点广播时，MulticastSocket类是实现这一功能的关键，当MulticastSocket 把一个DatagramPacket发送到多点广播IP地址，该数据报将被自动广播到加入该地址的所有MulticastSocket。 MulticastSocket类既可以将数据报发送到多点广播地址，也可以接收其他主机的广播信息。
MulticastSocket有点像DatagramSocket，事实上MulticastSocket是DatagramSocket的一个 子类，也就是说MulticastSocket是特殊的DatagramSocket。若要发送一个数据报时，可使用随机端口创建 MulticastSocket，也可以在指定端口来创建MulticastSocket。
MulticastSocket提供了如下三个构造器：
public MulticastSocket()：使用本机默认地址、随机端口来创建一个MulticastSocket对象。
public MulticastSocket(int portNumber)：使用本机默认地址、指定端口来创建一个MulticastSocket对象。
public MulticastSocket(SocketAddress bindaddr)：使用本机指定IP地址、指定端口来创建一个MulticastSocket对象。
创建一个MulticastSocket对象后，还需要将该MulticastSocket加入到指定的多点广播地址，MulticastSocket使用jionGroup()方法来加入指定组；使用leaveGroup()方法脱离一个组。
joinGroup(InetAddress multicastAddr)：将该MulticastSocket加入指定的多点广播地址。
leaveGroup(InetAddress multicastAddr)：让该MulticastSocket离开指定的多点广播地址。
在某些系统中，可能有多个网络接口。这可能会对多点广播带来问题，这时候程序需要在一个指定的网络接口上监听，通过调用setInterface可 选择MulticastSocket所使用的网络接口；也可以使用getInterface方法查询MulticastSocket监听的网络接口。
如果创建仅用于发送数据报的MulticastSocket对象，则使用默认地址、随机端口即可。但如果创建接收用的MulticastSocket对象，则该MulticastSocket对象必须具有指定端口，否则发送方无法确定发送数据报的目标端口。
MulticastSocket用于发送、接收数据报的方法与DatagramSocket的完全一样。但MulticastSocket比 DatagramSocket多一个setTimeToLive(int ttl)方法，该ttl参数设置数据报最多可以跨过多少个网络，当ttl为0时，指定数据报应停留在本地主机；当ttl的值为1时，指定数据报发送到本地 局域网；当ttl的值为32时，意味着只能发送到本站点的网络上；当ttl为64时，意味着数据报应保留在本地区；当ttl的值为128时，意味着数据报 应保留在本大洲；当ttl为255时，意味着数据报可发送到所有地方；默认情况下，该ttl的值为1。
从图17.7中可以看出，使用MulticastSocket进行多点广播时所有通信实体都是平等的，它们都将自己的数据报发送到多点广播IP地 址，并使用MulticastSocket接收其他人发送的广播数据报。下面程序使用MulticastSocket实现了一个基于广播的多人聊天室，程 序只需要一个MulticastSocket，两条线程，其中MulticastSocket既用于发送，也用于接收，其中一条线程分别负责接受用户键盘 输入，并向MulticastSocket发送数据，另一条线程则负责从MulticastSocket中读取数据。
程序清单：codes/17/17-4/MulticastSocketTest.java
//让该类实现Runnable接口，该类的实例可作为线程的target
public class MulticastSocketTest implements Runnable
{
//使用常量作为本程序的多点广播IP地址
private static final String BROADCAST_IP
= "230.0.0.1";
//使用常量作为本程序的多点广播目的的端口
public static final int BROADCAST_PORT = 30000;
//定义每个数据报的最大大小为4K
private static final int DATA_LEN = 4096; //定义本程序的MulticastSocket实例
private MulticastSocket socket = null;
private InetAddress broadcastAddress = null;
private Scanner scan = null;
//定义接收网络数据的字节数组
byte[] inBuff = new byte[DATA_LEN];
//以指定字节数组创建准备接受数据的DatagramPacket对象
private DatagramPacket inPacket =
new DatagramPacket(inBuff , inBuff.length);
//定义一个用于发送的DatagramPacket对象
private DatagramPacket outPacket = null;
public void init()throws IOException
{
try
{
//创建用于发送、接收数据的MulticastSocket对象
//因为该MulticastSocket对象需要接收，所以有指定端口
socket = new MulticastSocket(BROADCAST_PORT);
broadcastAddress = InetAddress.getByName(BROADCAST_IP);
//将该socket加入指定的多点广播地址
socket.joinGroup(broadcastAddress);
//设置本MulticastSocket发送的数据报被回送到自身
socket.setLoopbackMode(false);
//初始化发送用的DatagramSocket，它包含一个长度为0的字节数组
outPacket = new DatagramPacket(new byte[0] , 0 ,
broadcastAddress , BROADCAST_PORT);
//启动以本实例的run()方法作为线程体的线程
new Thread(this).start();
//创建键盘输入流
scan = new Scanner(System.in);
//不断读取键盘输入
while(scan.hasNextLine())
{
//将键盘输入的一行字符串转换字节数组
byte[] buff = scan.nextLine().getBytes();
//设置发送用的DatagramPacket里的字节数据
outPacket.setData(buff);
//发送数据报
socket.send(outPacket);
}
}
finally
{
socket.close();
}
}
public void run()
{
try
{
while(true)
{
//读取Socket中的数据，读到的数据放在inPacket所封装的字节数组里。
socket.receive(inPacket);
//打印输出从socket中读取的内容
System.out.println("聊天信息：" + new String(inBuff , 0 ,
inPacket.getLength()));
}
}
//捕捉异常
catch (IOException ex)
{
ex.printStackTrace();
try
{
if (socket != null)
{
//让该Socket离开该多点IP广播地址
socket.leaveGroup(broadcastAddress);
//关闭该Socket对象
socket.close();
}
System.exit(1);
}
catch (IOException e)
{
e.printStackTrace();
}
}
}
public static void main(String[] args)
throws IOException
{
new MulticastSocketTest().init();
}
} |
上面程序中init()方法里的前三行粗体字代码先创建了一个MulticastSocket对象，由于需要使用该对象接收数据报，所以为该 Socket对象设置使用固定端口。第二行粗体字代码将该Socket对象添加到指定的多点广播IP地址，第三行粗体字代码设置该Socket发送的数据 报会被回送到自身（即该Socket可以接受到自己发送的数据报）。至于程序中使用MulticastSocket发送、接收数据报的代码与使用 DatagramSocket并没有区别，故此处不再赘述。
下面将结合MulticastSocket和DatagramSocket开发一个简单的局域网内的即时通信工具，局域网内每个用户启动该工具后，就可以看到该局域网内所有在线用户，他也会被其他用户看到。即看到如图17.8所示的窗口：
在图17.8的用户列表中双击任意一个用户，即可启动一个如图17.9所示的交谈窗口：
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| 图17.8 局域网聊天工具 |
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| 图17.9 与特定用户交谈 |
如果双击图17.8所示用户列表窗口中“所有人”列表项，即可启动一个与图17.9相似的交谈窗口，不同的是通过该窗口发送的消息将会被所有人看到。
该程序的实现思路是每个用户都启动2个Socket，一个MulticastSocket，一个DatagramSocket。
其中MulticastSocket会周期性地向230.0.0.1发送在线信息，且所有用户的MulticastSocket都会加入到 230.0.0.1这个多点广播IP中，这样每个用户都可以收到其他用户广播的在线信息，如果系统经过一段时间没有收到某个用户广播的在线信息，则从用户 列表中删除该用户。除此之外，该MulticastSocket还用于向所有用户发送广播信息。
DatagramSocket主要用于发送私聊信息，当用户收到其他用户广播来的DatagramPacket时，即可获取该用户 MulticastSocket对应的SocketAddress，这个SocketAddress将作为发送私聊信息的重要依据：本程序让 MulticastSocket在30000端口监听，而DatagramSocket在30001端口监听，这样程序就可以根据其他用户广播来的 DatagramPacket得到他的DatagramSocket所在的地址。
本系统提供了一个UserInfo类，该类封装了用户名、图标、对应的SocketAddress以及该用户对应的交谈窗口、失去联系的次数等信息，该类的代码片段如下：
程序清单：codes/17/17-4/LanTalk/UserInfo.java
public class UserInfo
{
//该用户的图标
private String icon;
//该用户的名字
private String name;
//该用户的MulitcastSocket所在的IP和端口
private SocketAddress address;
//该用户失去联系的次数
private int lost;
//该用户对应的交谈窗口
private ChatFrame chatFrame;
public UserInfo(){}
//有参数的构造器
public UserInfo(String icon , String name , SocketAddress address , int lost)
{
this.icon = icon;
this.name = name;
this.address = address;
this.lost = lost;
}
//此处省略了该类所有属性的setter和getter方法
...
//使用address作为该用户的标识，所以根据address作为
//重写hashCode()和equals方法的标准
public int hashCode()
{
return address.hashCode();
}
public boolean equals(Object obj)
{
if (obj != null && obj.getClass()==UserInfo.class)
{
return ((UserInfo)obj).getAddress().equals(address);
}
return false;
}
}
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通过该UserInfo类的封装，这样所有客户端只需要维护该UserInfo类的列表，程序就可以实现广播、发送私聊信息等功能。本程序底层通信的工具类则需要一个MulticastSocket和一个DatagramSocket，该工具类的代码如下：
程序清单：codes/17/17-4/LanTalk/ComUtil.java
//聊天交换信息的工具类
public class ComUtil
{
//使用常量作为本程序的多点广播IP地址
private static final String BROADCAST_IP
= '230.0.0.1';
//使用常量作为本程序的多点广播目的的端口
//DatagramSocket所用的的端口为该端口-1。
public static final int BROADCAST_PORT = 30000;
//定义每个数据报的最大大小为4K
private static final int DATA_LEN = 4096; //定义本程序的MulticastSocket实例
private MulticastSocket socket = null;
//定义本程序私聊的Socket实例
private DatagramSocket singleSocket = null;
//定义广播的IP地址
private InetAddress broadcastAddress = null;
//定义接收网络数据的字节数组
byte[] inBuff = new byte[DATA_LEN];
//以指定字节数组创建准备接受数据的DatagramPacket对象
private DatagramPacket inPacket =
new DatagramPacket(inBuff , inBuff.length);
//定义一个用于发送的DatagramPacket对象
private DatagramPacket outPacket = null;
//聊天的主界面
private LanChat lanTalk;
//构造器，初始化资源
public ComUtil(LanChat lanTalk)throws IOException , InterruptedException
{
this.lanTalk = lanTalk;
//创建用于发送、接收数据的MulticastSocket对象
//因为该MulticastSocket对象需要接收，所以有指定端口
socket = new MulticastSocket(BROADCAST_PORT);
//创建私聊用的DatagramSocket对象
singleSocket = new DatagramSocket(BROADCAST_PORT + 1);
broadcastAddress = InetAddress.getByName(BROADCAST_IP);
//将该socket加入指定的多点广播地址
socket.joinGroup(broadcastAddress);
//设置本MulticastSocket发送的数据报被回送到自身
socket.setLoopbackMode(false);
//初始化发送用的DatagramSocket，它包含一个长度为0的字节数组
outPacket = new DatagramPacket(new byte[0] , 0 ,
broadcastAddress , BROADCAST_PORT);
//启动两个读取网络数据的线程
new ReadBroad().start();
Thread.sleep(1);
new ReadSingle().start();
}
//广播消息的工具方法
public void broadCast(String msg)
{
try
{
//将msg字符串转换字节数组
byte[] buff = msg.getBytes();
//设置发送用的DatagramPacket里的字节数据
outPacket.setData(buff);
//发送数据报
socket.send(outPacket);
}
//捕捉异常
catch (IOException ex)
{
ex.printStackTrace();
if (socket != null)
{
//关闭该Socket对象
socket.close();
}
JOptionPane.showMessageDialog(null,
'发送信息异常，请确认30000端口空闲，且网络连接正常！'
, '网络异常', JOptionPane.ERROR_MESSAGE);
System.exit(1);
}
}
//定义向单独用户发送消息的方法
public void sendSingle(String msg , SocketAddress dest)
{
try
{
//将msg字符串转换字节数组
byte[] buff = msg.getBytes();
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(
buff , buff.length , dest);
singleSocket.send(packet);
}
//捕捉异常
catch (IOException ex)
{
ex.printStackTrace();
if (singleSocket != null)
{
//关闭该Socket对象
singleSocket.close();
}
JOptionPane.showMessageDialog(null,
'发送信息异常，请确认30001端口空闲，且网络连接正常！'
, '网络异常', JOptionPane.ERROR_MESSAGE);
System.exit(1);
}
}
//不断从DatagramSocket中读取数据的线程
class ReadSingle extends Thread
{
//定义接收网络数据的字节数组
byte[] singleBuff = new byte[DATA_LEN];
private DatagramPacket singlePacket =
new DatagramPacket(singleBuff , singleBuff.length);
public void run()
{
while (true)
{
try
{
//读取Socket中的数据，读到的数据放在inPacket所封装的字节数组里。
singleSocket.receive(singlePacket);
//处理读到的信息
lanTalk.processMsg(singlePacket , true);
}
//捕捉异常
catch (IOException ex)
{
ex.printStackTrace();
if (singleSocket != null)
{
//关闭该Socket对象
singleSocket.close();
}
JOptionPane.showMessageDialog(null,
'接收信息异常，请确认30001端口空闲，且网络连接正常！'
, '网络异常', JOptionPane.ERROR_MESSAGE);
System.exit(1);
}
}
}
}
//持续读取MulticastSocket的线程
class ReadBroad extends Thread
{
public void run()
{
while (true)
{
try
{
//读取Socket中的数据，读到的数据放在inPacket所封装的字节数组里。
socket.receive(inPacket);
//打印输出从socket中读取的内容
String msg = new String(inBuff , 0 , inPacket.getLength());
//读到的内容是在线信息
if (msg.startsWith(YeekuProtocol.PRESENCE)
&& msg.endsWith(YeekuProtocol.PRESENCE))
{
String userMsg = msg.substring(2 , msg.length() - 2);
String[] userInfo = userMsg.split(YeekuProtocol.SPLITTER);
UserInfo user = new UserInfo(userInfo[1] , userInfo[0] ,
inPacket.getSocketAddress(), 0);
//控制是否需要添加该用户的旗标
boolean addFlag = true;
ArrayList<Integer> delList = new ArrayList<Integer>();
//遍历系统中已有的所有用户,该循环必须循环完成
for (int i = 1 ; i < lanTalk.getUserNum() ; i++ )
{
UserInfo current = lanTalk.getUser(i);
//将所有用户失去联系的次数加1
current.setLost(current.getLost() + 1);
//如果该信息由指定用户发送过来
if (current.equals(user))
{
current.setLost(0);
//设置该用户无须添加
addFlag = false;
}
if (current.getLost() > 2)
{
delList.add(i);
}
}
//删除delList中的所有索引对应的用户
for (int i = 0; i < delList.size() ; i++)
{
lanTalk.removeUser(delList.get(i));
}
if (addFlag)
{
//添加新用户
lanTalk.addUser(user);
}
}
//读到的内容是公聊信息
else
{
//处理读到的信息
lanTalk.processMsg(inPacket , false);
}
}
//捕捉异常
catch (IOException ex)
{
ex.printStackTrace();
if (socket != null)
{
//关闭该Socket对象
socket.close();
}
JOptionPane.showMessageDialog(null,
'接收信息异常，请确认30000端口空闲，且网络连接正常！'
, '网络异常', JOptionPane.ERROR_MESSAGE);
System.exit(1);
}
}
}
}
} |
该类主要实现底层的网络通信功能，在该类中提供了一个broadCast方法，该方法使用MulticastSocket将指定字符串广播到所有客 户端，还提供了sendSingle方法，该方法使用DatagramSocket将指定字符串发送到指定SocketAddress，如程序中前两行粗 体字代码所示。除此之外，该类里还提供了2个内部线程类：ReadSingle和ReadBroad，这两个线程类采用循环不断读取 DatagramSocket和MulticastSocket中的数据，如果读到的信息是广播来的在线信息，则保持该用户在线；如果读到的是用户的聊天 信息，则直接将该信息显示出来。
在该类中用到了本程序的一个主类：LanChat，该类使用DefaultListModel来维护用户列表，该类里的每个列表项就是一个UserInfo。该类还提供了一个ImageCellRenderer，该类用于将列表项绘制出用户图标和用户名字。
程序清单：codes/17/17-4/LanChat/LanChat.java
public class LanChat extends JFrame
{
private DefaultListModel listModel = new DefaultListModel();
//定义一个JList对象
private JList friendsList = new JList(listModel);
//定义一个用于格式化日期的格式器
private DateFormat formatter = DateFormat.getDateTimeInstance();
public LanChat()
{
super("局域网聊天");
//设置该JList使用ImageCellRenderer作为单元格绘制器
friendsList.setCellRenderer(new ImageCellRenderer());
listModel.addElement(new UserInfo("all" , "所有人" , null , -2000));
friendsList.addMouseListener(new ChangeMusicListener());
add(new JScrollPane(friendsList));
setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
setBounds(2, 2, 160 , 600);
}
//向用户列表中添加用户
public void addUser(UserInfo user)
{
listModel.addElement(user);
}
//从用户列表中删除用户
public void removeUser(int pos)
{
listModel.removeElementAt(pos);
}
//根据地址来查询用户
public UserInfo getUserBySocketAddress(SocketAddress address)
{
for (int i = 1 ; i < getUserNum() ; i++)
{
UserInfo user = getUser(i);
if (user.getAddress() != null &&
user.getAddress().equals(address))
{
return user;
}
}
return null;
}
//—————————下面两个方法是对ListModel的包装—————————
//获取该聊天窗口的用户数量
public int getUserNum()
{
return listModel.size();
}
//获取指定位置的用户
public UserInfo getUser(int pos)
{
return (UserInfo)listModel.elementAt(pos);
}
//实现JList上的鼠标双击监听器
class ChangeMusicListener extends MouseAdapter
{
public void mouseClicked(MouseEvent e)
{
//如果鼠标的击键次数大于2
if (e.getClickCount() >= 2)
{
//取出鼠标双击时选中的列表项
UserInfo user = (UserInfo)friendsList.getSelectedValue();
//如果该列表项对应用户的交谈窗口为null
if (user.getChatFrame() == null)
{
//为该用户创建一个交谈窗口，并让该用户引用该窗口
user.setChatFrame(new ChatFrame(null , user));
}
//如果该用户的窗口没有显示，则让该用户的窗口显示出来
if (!user.getChatFrame().isShowing())
{
user.getChatFrame().setVisible(true);
}
}
}
}
/**
* 处理网络数据报，该方法将根据聊天信息得到聊天者，
* 并将信息显示在聊天对话框中。
* @param packet 需要处理的数据报
* @param single 该信息是否为私聊信息
*/
public void processMsg(DatagramPacket packet , boolean single)
{
//获取该发送该数据报的SocketAddress
InetSocketAddress srcAddress = (InetSocketAddress)packet.getSocket
Address();
//如果是私聊信息，则该Packet获取的是DatagramSocket的地址，将端口减1才是
//对应的MulticastSocket的地址
if (single)
{
srcAddress = new InetSocketAddress(srcAddress.getHostName(),
srcAddress.getPort() - 1);
}
UserInfo srcUser = getUserBySocketAddress(srcAddress);
if (srcUser != null)
{
//确定消息将要显示到哪个用户对应窗口上。
UserInfo alertUser = single ? srcUser : getUser(0);
//如果该用户对应的窗口为空，显示该窗口
if (alertUser.getChatFrame() == null)
{
alertUser.setChatFrame(new ChatFrame(null , alertUser));
}
//定义添加的提示信息
String tipMsg = single ? "对您说：" : "对大家说：";
//显示提示信息
alertUser.getChatFrame().addString(srcUser.getName() + tipMsg
+ "......................(" + formatter.format(new Date()) + ")/n"
+ new String(packet.getData() , 0 , packet.getLength()) + "/n");
if (!alertUser.getChatFrame().isShowing())
{
alertUser.getChatFrame().setVisible(true);
}
}
}
//主方法，程序的入口
public static void main(String[] args)
{
LanChat lc = new LanChat();
new LoginFrame(lc , "请输入用户名、头像后登录");
}
}
//定义用于改变JList列表项外观的类
class ImageCellRenderer extends JPanel implements ListCellRenderer
{
private ImageIcon icon;
private String name;
//定义绘制单元格时的背景色
private Color background;
//定义绘制单元格时的前景色
private Color foreground;
public Component getListCellRendererComponent(JList list, Object value, int
index, boolean isSelected, boolean cellHasFocus)
{
UserInfo userInfo = (UserInfo)value;
icon = new ImageIcon("ico/" + userInfo.getIcon() + ".gif");
name = userInfo.getName();
background = isSelected ? list.getSelectionBackground() : list.getBack
ground();
foreground = isSelected ? list.getSelectionForeground() : list.
getForeground();
//返回该JPanel对象作为单元格绘制器
return this;
}
//重写paintComponent方法，改变JPanel的外观
public void paintComponent(Graphics g)
{
int imageWidth = icon.getImage().getWidth(null);
int imageHeight = icon.getImage().getHeight(null);
g.setColor(background);
g.fillRect(0, 0, getWidth(), getHeight());
g.setColor(foreground);
//绘制好友图标
g.drawImage(icon.getImage() , getWidth() / 2 - imageWidth / 2 , 10 , null);
g.setFont(new Font("SansSerif" , Font.BOLD , 18));
//绘制好友用户名
g.drawString(name, getWidth() / 2 - name.length() * 10 , imageHeight + 30 );
}
//通过该方法来设置该ImageCellRenderer的最佳大小
public Dimension getPreferredSize()
{
return new Dimension(60, 80);
}
} |
上面类中提供的addUser和removeUser方法用于暴露给通信类ComUtil使用，用于向用户列表中添加、删除用户。除此之外，该类还提供了一个processMsg方法，该方法用于处理网络中读取的数据报，将数据报中的内容取出，并显示在特定的窗口中。
上面讲解的只是本程序的关键类，本程序还涉及YeekuProtocol、ChatFrame、LoginFrame等类，由于篇幅关系，此处不再给出这些类的源代码，读者可以参考codes/17/17-4/LanTalk路径下的源代码。
转自：http://blog.csdn.net/li_guotao/article/details/6154994
