通信类 ComUtil 的设计
一、前言
在本篇中,我们将介绍通信类的设计。这个类实现了发送、接收字符消息的方法,分别分为私聊消息和公聊消息。公聊就类似于QQ群聊一样,所有登录用户都能看到,而私聊则是点开一个好友聊天窗口,只能聊天双方才能看到。我们暂时把这个类叫做 ComUtil 。
二、UDP协议
首先,我们来介绍下UDP协议(这部分内容摘自李刚《疯狂java讲义》第三版P798 17.4基于UDP协议的网络编程)。
UDP协议是一种不可靠的网络协议,它在通信实例的两端各建立一个Socket ,但这两个Socket之间并没有虚拟链路,这两个Socket只是发送、接收数据报的对象。Java提供了DatagramSocket对象作为基于UDP协议的Socket,使用DatagramPacket代表DatagramSocket发送、接收的数据。
下面来看看DatagramPacket的构造器:
①DatagramPacket(byte[] buf, int length) : 以一个空数组来创建DatagramPacket对象,该对象的作用是接收DatagramSocket中的数据。
②DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress addr, int port): 以一个包含数据的数组来创建DatagramPacket 对象,并且指定了IP地址和端口—决定了该数据报的目的地。
③DatagramPacket(byte[] buf, int offset, int length): 以一个空数组来创建DatagramPacket对象,并指定接收到的数据放入buf数组中时从offset开始,最多放length个字节。
④DatagramPacket(byte[] buf, int offset, int length, InetAddress address, int port): 创建一个用于发送的DatagramPacket对象,指定发送buf数组中从offset开始,总共length个字节。
从以上的描述中我们可以总结出这么几点:第一,DatagramPacket 用来表示发送、接收的数据。第二,如果我们要发送数据,那么需要指定数据报的地址(IP和端口),那么就应该使用上面的②号和④号构造器。第三,如果我们要接收数据,那么无需指定地址,那么就可以使用上面的①号和③号构造器。
另外,我们用 DatagramSocket 的 send(DatagramPacket p) 和 receive(DatagramPacket p) 方法来发送和接收数据报。
三、多点广播和MulticastSocket
现在,我们还有一个待解决的问题是:如何实现公聊?可以想象,任何一个用户发送了一条公聊消息后,我们必须要把这条消息发送给所有的用户。通常的思路是,用一个集合来保存所有的登录用户,每当一个用户发送了一条公聊消息,就将该消息发送给这个集合中的所有用户。但是,我们要注意去及时刷新这个用户集合,因为不断会有用户下线。幸好,现在有更好的解决方案。Java为UDP协议提供了 MulticastSocket 类,这个类可以将数据报以广播的方式发送到多个客户端。这就是所谓的多点广播。
若要使用多点广播,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 。(《疯狂java讲义》)
MulticastSocket 有三个构造器:
①MulticastSocket(): 使用本机默认地址、随机端口来创建
②MulticastSocket(int portNumber): 使用本机默认地址、指定端口来创建
③MulticastSocket(SocketAddress bindaddr): 使用本机指定IP地址、指定端口来创建
MulticastSocket 使用joinGroup(InetAddress multicastAddr) 方法加入指定组,使用leaveGroup(InetAddress multicastAddr) 方法脱离一个组。
四、ComUtil设计
ComUtil的源码如下,有几个地方稍微解释下。我们定义了一个multicastSocket, 同时定义了DatagramPacket broadOutPacket 用于发送广播消息,DatagramPacket broaInPacket 用于接收广播消息。在ComUtil的构造器中,实例化broadOutPacket 指定了IP和端口号,而broaInPacket 则没有。这符合我们之前总结的结论。
同样的,我们定义了DatagramSocket singleDatagramSocket ,用DatagramPacket singleOutPacket 发送私聊消息,用DatagramPacket singleInPacket 接收私聊消息。如果你细心你就会发现,在ComUtil的构造器中,我们实例化singleOutPacket 时并没有指定IP和端口,可是它是用来发送消息的啊,怎么没指定“目的地”呢。原来,我们在发送私聊消息方法 public void sendMsg(String msg, SocketAddress socketAddress)中,才指定了它的目的地。因为我们实际上是提前在ComUtil的构造器中实例化了singleOutPacket ,而这时,我们并不知道谁会使用这个singleOutPacket 发送消息给谁。
另外,我们定义了两个线程分别不断读取公聊消息和私聊消息。Main测试方法说明这个类可以工作。
package com.myipmsg.comutil; import java.io.IOException; import java.io.UnsupportedEncodingException; import java.net.DatagramPacket; import java.net.DatagramSocket; import java.net.InetAddress; import java.net.InetSocketAddress; import java.net.MulticastSocket; import java.net.SocketAddress; import java.net.UnknownHostException; /** * 通信类 * @author ThinkPad * */ public class ComUtil { //字符编码 private static final String CHARSET = "utf-8"; //多点广播ip private static final String BROADCAST_IP = "230.0.0.1"; //多点广播端口号 private static final int BROADCAST_PORT = 30000; //一次发送、接收数据包的长度 private static final int DATA_LEN = 4096; //多点广播socket private MulticastSocket multicastSocket; //发送多点广播消息的DatagramPacket private DatagramPacket broadOutPacket; //接收多点广播消息的DatagramPacket private DatagramPacket broaInPacket; //私聊socket private DatagramSocket singleDatagramSocket; //发送私聊消息的DatagramPacket private DatagramPacket singleOutPacket; //接收私聊消息的DatagramPacket private DatagramPacket singleInPacket; //构造器 public ComUtil(){ try { //多点广播InetAddress InetAddress broadcastAddress = InetAddress.getByName(BROADCAST_IP); // 初始化多点广播multicastSocket multicastSocket = new MulticastSocket(BROADCAST_PORT); //将multicastSocket加入指定的多点广播地址 multicastSocket.joinGroup(broadcastAddress); //设置本multicastSocket发送的数据包被回送到自身 multicastSocket.setLoopbackMode(false); //初始化broadOutPacket broadOutPacket = new DatagramPacket(new byte[0], 0, broadcastAddress, BROADCAST_PORT); //初始化 broaInPacket broaInPacket = new DatagramPacket(new byte[DATA_LEN], DATA_LEN); //初始化私聊socket singleDatagramSocket = new DatagramSocket(BROADCAST_PORT+1); //占用端口是多点广播端口号加1 //初始化singleOutPacket singleOutPacket = new DatagramPacket(new byte[0], 0); //初始化singleInPacket singleInPacket = new DatagramPacket(new byte[DATA_LEN], DATA_LEN); //开启读取多点广播消息的线程 new ReadBroard().start(); //开启读取私聊消息的线程 new ReadSingle().start(); } catch (UnknownHostException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } catch (IOException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } } //广播消息 public void broadMsg(String msg){ byte[] msgByte; try { msgByte = msg.getBytes(CHARSET); broadOutPacket.setData(msg.getBytes(CHARSET)); multicastSocket.send(broadOutPacket); } catch (UnsupportedEncodingException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } catch (IOException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } } //不断读取多点广播消息的线程 class ReadBroard extends Thread{ public void run(){ while(true){ try { multicastSocket.receive(broaInPacket); System.out.println("接收到公聊消息="+ new String(broaInPacket.getData(), 0, broaInPacket.getLength(), CHARSET)); } catch (IOException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } } } } /** * 发送私聊消息 * @param msg */ public void sendMsg(String msg, SocketAddress socketAddress){ try { singleOutPacket.setSocketAddress(socketAddress); singleOutPacket.setData(msg.getBytes(CHARSET)); singleDatagramSocket.send(singleOutPacket); } catch (UnknownHostException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } catch (IOException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } } //不断读取私聊消息的线程 class ReadSingle extends Thread{ public void run(){ while(true){ try { singleDatagramSocket.receive(singleInPacket); System.out.println("接收到私聊信息="+new String(singleInPacket.getData(), 0, singleInPacket.getLength(), CHARSET)); } catch (IOException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } } } } public static void main(String[] args) { // TODO Auto-generated method stub ComUtil comUtil = new ComUtil(); comUtil.broadMsg("loves"); comUtil.sendMsg("this is a single msg1", new InetSocketAddress("127.0.0.1", BROADCAST_PORT+1)); comUtil.sendMsg("this is a single msg2", new InetSocketAddress("127.0.0.1", BROADCAST_PORT+1)); } }