Socket网络编程学习笔记 （10）简易聊天室案例

本文主要是介绍Socket网络编程学习笔记 （10）简易聊天室案例，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！

1. 聊天室数据传输设计

• 必要条件：客户端、服务器
• 必要约束：数据传输协议
• 原理：服务器监听消息来源、客户端链接服务器并发送消息到服务器

1.1 客户端、服务器数据交互

client 发送消息到服务器端，服务器端回复消息也就是回送消息。

1.2 数据传输协议

如上图，数据在传输的时候，需要在尾部追加换行符，也就是说原来5个字节的数据，在实际传输时，是有6个字节长度的。

1.3 服务器、多客户端模型

在客户端有多个情况下，客户端都会向服务器端进行发送消息；想要在PC发送消息给服务器端时，也让安卓、平板等终端都能收到，其操作应该是，当PC端发送一条消息到服务器端之后，服务器端得到该数据后，它会把这条数据发送（回送）给当前连接的客户端。而这些当前连接的客户端收到这条消息后，就实现了把PC消息发送到手机的过程。

2. 客户端如何发送消息到另外一个客户端

• 每个客户端都是服务器也是客户端？ 答：不是
• 2个以上设备如何交互数据？  答：约定一个基础的数据格式，这里使用回车换行符来作为信息的截断
• 客户端-服务器-转发到客户端，如下图：
  • 
  • User1发送消息到服务端，服务端将消息转发给其他的客户端（比如User2），从而实现聊天室的功能

3. 聊天室消息接收实现

3.1 结构

代码分为四个module，分别为lib-clink、sample-client、sample-foo、sample-server。

（1）lib-clink

该module为提供工具类进行校验与流处理。

（2）sample-client ，客户端代码，需要依赖 lib-clink、sample-foo两个module

（3）sample-foo ，基础的共用类代码

 （4）sample-server，服务端代码，需要依赖 lib-clink、sampl-foo两个module

（5）lib-clink、sample-foo的工具类、基础数据类参考前面 TCP点对点传输的代码逻辑

3.2 sample-client

初版代码和TCP点对点传输的基本一致，聊天室主要在TCPServer端进行转发，所以Client不需要代码重构。

3.3 sample-server

初版代码和TCP点对点传输的基本一致，要实现聊天室消息接收则需要进行重构。主要重构 TCPServer.java 、ClientHandler.java类。

（1）ClientHandler.java - 消息转发

原有的消息在收到后就只是打印到控制台

// 打印到屏幕
System.out.println(str);

而实现聊天室功能需要将收到的消息进行通知出去。这里可以通过 CloseNotify() 接口进行实现。这里对该接口进行改造，并新增转发的接口方法来将消息通知回去。

    /**
     * 消息回调
     */
    public interface ClientHandlerCallback {
        // 自身不安比通知
        void onSelfClosed(ClientHandler handler);
        // 收到消息时通知
        void onNewMessageArrived(ClientHandler handler,String msg);
    }

在将消息打印到屏幕的同时，将消息通知出去：

       // 打印到屏幕
       System.out.println(str);
       clientHandlerCallback.onNewMessageArrived(ClientHandler.this,str);

调用onNewMessageArrived（）方法从而进行转发。这里主要是把当前收到的消息传递回去，同时也要把自身传递回去。

（2）自身描述信息的构建

新增clientInfo类变量：

    private final String clientInfo;

自身描述信息初始化：

    public ClientHandler(Socket socket, ClientHandlerCallback clientHandlerCallback) throws IOException {
        this.socket = socket;
        this.readHandler = new ClientReadHandler(socket.getInputStream());
        this.writeHandler = new ClientWriteHandler(socket.getOutputStream());
        this.clientHandlerCallback = clientHandlerCallback;
        // 新增自身描述信息
        this.clientInfo = "A[" + socket.getInetAddress().getHostAddress() + "] P[" + socket.getPort() + "]";
        System.out.println("新客户端连接：" + clientInfo);
    }
    public String getClientInfo() {
        return clientInfo;
    }

（3）重构TCPServer.java
重构 clientHandler.ClientHandlerCallback的两个回调方法，这里要将之提到TCPServer.java类上。

让TCPServer.java 实现 clientHandler.ClientHandlerCallback接口。并实现两个方法：

    @Override
    public synchronized void onSelfClosed(ClientHandler handler) {
    }

    @Override
    public void onNewMessageArrived(ClientHandler handler, String msg) {
    }

并将 客户端构建溢出线程的remove操作迁移到  onSelfClosed() 方法实现内：

    @Override
    public synchronized void onSelfClosed(ClientHandler handler) {
        clientHandlerList.remove(handler);
    }

原有的ClientHandler异步线程处理逻辑如下：

        // 客户端构建异步线程
        ClientHandler clientHandler = new ClientHandler(client,
                    handler -> clientHandlerList.remove(handler));

重构后，如下：

    // 客户端构建异步线程
    ClientHandler clientHandler = new ClientHandler(client,TCPServer.this);

消息转发：

    /**
     * 转发消息给其他客户端
     * @param handler
     * @param msg
     */
    @Override
    public void onNewMessageArrived(ClientHandler handler, String msg) {
        // 打印到屏幕
        System.out.println("Received-" + handler.getClientInfo() + ":" + msg);
        // 转发
        forwardingThreadPoolExecutor.execute(()->{
             for (ClientHandler clientHandler : clientHandlerList){
                 if(clientHandler.equals(handler)){
                      // 跳过自己
                      continue;
                 }
                 // 向其他客户端投递消息
                 clientHandler.send(msg);
            }
        });
    }

（4）基于synchronized 解决多线程操作的安全问题：

由于这里有对 clientHandlerList集合的删除、添加、遍历等操作，这涉及到对所有客户端的操作，在多线程的环境下，默认的List不是线程安全的，所以存在多线程的安全问题。

    public void stop() {
        if (mListener != null) {
            mListener.exit();
        }
        synchronized (TCPServer.this){
            for (ClientHandler clientHandler : clientHandlerList) {
                clientHandler.exit();
            }
            clientHandlerList.clear();
        }

        // 停止线程池
        forwardingThreadPoolExecutor.shutdownNow();
    }

    public synchronized void broadcast(String str) {
        for (ClientHandler clientHandler : clientHandlerList) {
            clientHandler.send(str);
        }
    }

    /**
     * 删除当前消息
     * @param handler
     */
    @Override
    public synchronized void onSelfClosed(ClientHandler handler) {
        clientHandlerList.remove(handler);
    }

    /**
     * 转发消息给其他客户端
     * @param handler
     * @param msg
     */
    @Override
    public void onNewMessageArrived(ClientHandler handler, String msg) {
        // 打印到屏幕
        System.out.println("Received-" + handler.getClientInfo() + ":" + msg);
        // 转发
        
    }

这里加类锁来保证删除操作的线程安全。

关于添加操作的线程安全问题解决如下：

          try {
              // 客户端构建异步线程
              ClientHandler clientHandler = new ClientHandler(client,TCPServer.this);
              // 读取数据并打印
              clientHandler.readToPrint();
              // 添加同步处理
              synchronized (TCPServer.this) {
                  clientHandlerList.add(clientHandler);
              }
          } catch (IOException e) {
              e.printStackTrace();
              System.out.println("客户端连接异常：" + e.getMessage());
          }

（5）异步转发

        // 转发
        clientHandlerCallback.onNewMessageArrived(ClientHandler.this,str);

 在ClientHandler.java中，上述代码所在的线程是主要线程，会一直有消息进来，所以不能做同步处理，那样会导致当前线程阻塞，从而导致后面进来的消息无法及时处理。

所以当 onNewMessageArrived（）将消息抛出去之后，TCPServer.java的实现要采取异步转发的方式退给其他客户端。创建一个新的单例线程池来做转发的操作：

新增转发线程池：

    // 转发线程池
    private final ExecutorService forwardingThreadPoolExecutor;

    public TCPServer(int port) {
        this.port = port;
        this.forwardingThreadPoolExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
    }

转发投递消息给其他客户端：

    /**
     * 转发消息给其他客户端
     * @param handler
     * @param msg
     */
    @Override
    public void onNewMessageArrived(ClientHandler handler, String msg) {
        // 打印到屏幕
        System.out.println("Received-" + handler.getClientInfo() + ":" + msg);
        // 转发
        forwardingThreadPoolExecutor.execute(()->{
            synchronized (TCPServer.this){
                for (ClientHandler clientHandler : clientHandlerList){
                    if(clientHandler.equals(handler)){
                        // 跳过自己
                        continue;
                    }
                    // 向其他客户端投递消息
                    clientHandler.send(msg);
                }
            }
        });
    }

防止客户端下线后，依旧重复发送的问题：

ClientHandler.java - ClientWriteHandler

       /**
         * 发送到客户端
         * @param str
         */
        void send(String str) {
            // 如果已经发送完成，就返回
            if(done){
                return;
            }
            executorService.execute(new WriteRunnable(str));
        }

4. 聊天室Server/Client启动、测试

启动一个Server和三个Client:

如上图，Server启动后，每启动一个Client都会将Client信息加入到Server的list列表，每次由Server进行转发或发送消息给各个终端。

如上图，是Server和3个Client之间的模拟聊天。此时在Server中，当user1发送消息时，Server将消息本地读取之后，再转发给其他的两个非当前client对象。如果是由Server回复的，则当前client为空，会给所有的Client都发送消息。

综上，根据前面的思路、逻辑，实现了一个简单的聊天室消息转发的功能。

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