Java实现Socket聊天室

一、网络编程是什么？

在网络通信协议下，不同计算机上运行的程序，进行数据传输。

• 应用场景：即时通讯、网游对战、金融证券、国际贸易、邮件、等等。

不管是什么场景，都是计算机与计算机之间通过网络进行数据传输。

• Java中可以使用java.net包下的技术轻松开发出常见的网络应用程序。

二、常见的软件架构？

1. 常见的软件架构有哪些？

   CS/BS。 即Client/Server 和 Browser/Server模式

2. 通信的软件架构CS/BS的各有什么优缺点和区别？

   CS：客户端服务端模式都需要开发客户端

   BS：浏览器服务器模式不需要开发客户端

   CS：适合定制专业化的办公类软件：IDEA、网游

   BS：适合移动互联网应用，可以在任何地方随时访问系统

三、网络编程三要素？

• IP：设备在网络中的地址，是唯一的标识
• 端口号：应用程序在设备中唯一标识
• 协议：数据在网络中传输的规则，常见的协议游UDP、TCP、HTTP、HTTPS、FTP

四、Socket编程（Java）

Socket（套接字）使用TCP提供了两台计算机之间的通信机制。客户端程序创建一个套接字，并尝试连接服务器的套接字。当连接建立的时候，服务器会创建一个Socket对象。客户端和服务器可以通过对Socket对象写入和读取来进行通信。

java.net.Socket类代表一个套接字，并且java.net.ServerSocket类为服务器程序提供了一种监听客户端，并与他们建立连接的机制。

以下步骤在两台计算机之间使用Socket建立TCP连接出现：

• 服务器实例化一个ServerSocket对象，表示通过服务器端口通信。（ServerSocket本质就是监听端口等待Socket对象连接）
• 服务器调用ServerSocket类的accept()方法，该方法将一直等待，直到一个客户端连接到服务器上给定的端口。
• 服务器ServerSocket监听等待连接的过程中，客户端创建一个Socket对象，并指定该Socket要连接到的服务器的名称和端口。
• Socket类的构造函数试图将客户端连接到指定的服务器和端口号。如果通信被建立，则在客户端创建一个 Socket 对象能够与服务器进行通信。
• 在服务器端，accept() 方法返回服务器上一个新的 socket 引用，该 socket 连接到客户端的 socket。

1. 连接建立后，通过使用 I/O 流在进行通信，每一个socket都有一个输出流和一个输入流，客户端的输出流连接到服务器端的输入流，而客户端的输入流连接到服务器端的输出流。
2. TCP 是一个双向的通信协议，因此数据可以通过两个数据流在同一时间发送。

五、ServerSocket类的方法

服务器应用程序通过使用 java.net.ServerSocket 类以获取一个端口,并且侦听客户端请求。

ServerSocket 类有四个构造方法：

序号	方法描述
1	public ServerSocket(int port) throws IOException 创建监听特定端口的服务器套接字。
2	public ServerSocket(int port, int backlog) throws IOException 利用指定的 backlog 创建服务器套接字并将其绑定到指定的本地端口号。
3	public ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress address) throws IOException 使用指定的端口、侦听 backlog 和要绑定到的本地 IP 地址创建服务器。
4	public ServerSocket() throws IOException 创建非绑定服务器套接字。

创建非绑定服务器套接字。 如果 ServerSocket 构造方法没有抛出异常，就意味着你的应用程序已经成功绑定到指定的端口，并且侦听客户端请求。

这里有一些 ServerSocket 类的常用方法：

序号	方法描述
1	public int getLocalPort() 返回此套接字在其上侦听的端口。
2	public Socket accept() throws IOException 侦听并接受到此套接字的连接。
3	public void setSoTimeout(int timeout) 通过指定超时值启用/禁用 SO_TIMEOUT，以毫秒为单位。
4	public void bind(SocketAddress host, int backlog) 将 ServerSocket 绑定到特定地址（IP 地址和端口号）。

六、Socket 类的方法

java.net.Socket 类代表客户端和服务器都用来互相沟通的套接字。客户端要获取一个 Socket 对象通过实例化 ，而 服务器获得一个 Socket 对象则通过 accept() 方法的返回值。

Socket 类有五个构造方法.

序号	方法描述
1	public Socket(String host, int port) throws UnknownHostException, IOException. 创建一个流套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号。
2	public Socket(InetAddress host, int port) throws IOException 创建一个流套接字并将其连接到指定 IP 地址的指定端口号。
3	public Socket(String host, int port, InetAddress localAddress, int localPort) throws IOException. 创建一个套接字并将其连接到指定远程主机上的指定远程端口。
4	public Socket(InetAddress host, int port, InetAddress localAddress, int localPort) throws IOException. 创建一个套接字并将其连接到指定远程地址上的指定远程端口。
5	public Socket() 通过系统默认类型的 SocketImpl 创建未连接套接字

当 Socket 构造方法返回，并没有简单的实例化了一个 Socket 对象，它实际上会尝试连接到指定的服务器和端口。

下面列出了一些感兴趣的方法，注意客户端和服务器端都有一个 Socket 对象，所以无论客户端还是服务端都能够调用这些方法。

序号	方法描述
1	public void connect(SocketAddress host, int timeout) throws IOException 将此套接字连接到服务器，并指定一个超时值。
2	public InetAddress getInetAddress() 返回套接字连接的地址。
3	public int getPort() 返回此套接字连接到的远程端口。
4	public int getLocalPort() 返回此套接字绑定到的本地端口。
5	public SocketAddress getRemoteSocketAddress() 返回此套接字连接的端点的地址，如果未连接则返回 null。
6	public InputStream getInputStream() throws IOException 返回此套接字的输入流。
7	public OutputStream getOutputStream() throws IOException 返回此套接字的输出流。
8	public void close() throws IOException 关闭此套接字。

例子(一)：Socket 实例

1. 服务端

如下的 MySocketServer 是一个服务端程序，该程序通过 socket 连接到服务器并发送一个请求，然后等待一个响应。

import java.io.DataInputStream;
import java.io.DataOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;

public class MySocketServer extends Thread{
    private ServerSocket serverSocket;
    
    public MySocketServer(int port)throws IOException {
        //创建ServerSocket监听端口port
        serverSocket = new ServerSocket(port);
        //设置等待时间：10000毫秒没有监听到Socket连接该端口就报错
        serverSocket.setSoTimeout(10000);
    }
    
    public void run(){
        try{
            //ServerSocket等待连接，链接成功就创建一个与客户端对等通信的socket
            Socket server = serverSocket.accept();
            System.out.println("客户"+server.getLocalAddress()+"连接成功");
            //获取Socket的输入流输出流
            DataInputStream inputStream = new DataInputStream(server.getInputStream());
            DataOutputStream outputStream = new DataOutputStream(server.getOutputStream());
            while(true){
                //从流中获取信息
                String msg = inputStream.readUTF();
                //当客户端传递的信息为ends时，结束。
                if(msg.equals("ends")) break;
                //服务端显示流中的信息
                System.out.println(msg);
            }
            server.close();
        }catch(Exception ex){
            ex.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args){
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        try{
            System.out.println("请输入服务端绑定端口：");
            //运行线程让服务端异步运行这样可以让主程序继续干自己的事
            Thread t = new MySocketServer(scanner.nextInt());
            t.run();
        }catch(Exception ex){
            ex.printStackTrace();
        }
    }
}

2. 客户端

import java.io.DataInputStream;
import java.io.DataOutputStream;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;

public class MySocketClient{
    public static void main(String[] args){
        try{
            Scanner keyboard = new Scanner(System.in);
            System.out.println("请输入连接主机的IP地址：");
            String host = keyboard.nextLine();
            System.out.println("输入主机"+host+" 的端口号：");
            int port = keyboard.nextInt();
            //创建Socket并尝试连接 IP=host && 端口=port的服务端
            Socket client = new Socket(host,port);
            InputStream in = client.getInputStream();
            OutputStream out = client.getOutputStream();
            DataInputStream inputStream = new DataInputStream(in);
            DataOutputStream outputStream = new DataOutputStream(out);
            while(true){
                String msg = keyboard.nextLine();
                outputStream.writeUTF(msg);
                //当输入了ends时，客户端关闭socket，服务端也关闭socket，二者结束通信。
                if(msg.equals("ends"))break;
            }
            client.close();
        }catch(Exception ex){
            ex.printStackTrace();
        };
    }
}

3. 测试结果

例子(二)：聊天室

1. 服务端

• 服务端使用while循环的添加Socket用户
• 每个用户有自己独立的线程(异步性：使各个用户可以同时输出输入的同时服务端能够继续监听端口)

import java.io.DataInputStream;
import java.io.DataOutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.ArrayList;

public class ChatRoomServer{
    private static ServerSocket serverSocket;
    private static ArrayList<Socket> clientList = new ArrayList<Socket>();

    public static void main(String[] args){
        try{
            serverSocket = new ServerSocket(8888);
            while(true){
                Socket client = serverSocket.accept();
                clientList.add(client);
                //TODO:开启客户端线程，进行异步聊天
                ClientThread ct = new ClientThread(client,clientList);
                ct.start();
            }
        }catch(Exception ex){
            ex.printStackTrace();
        }finally {
            try{
                if(serverSocket != null)serverSocket.close();
            }catch(Exception ex){
                ex.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

class ClientThread extends Thread{
    private Socket client = null;
    private ArrayList<Socket> clientList;
    public ClientThread(Socket s,ArrayList<Socket>ss){
        client = s;
        clientList = ss;
    }
    public void run(){
        DataInputStream input = null;
        DataOutputStream output =  null;
        try{
            input = new DataInputStream(client.getInputStream());
            String rec = null;
            String send = null;
            while(true){
                if(!client.isClosed()){
                    rec = input.readUTF();
                    System.out.println("服务端接收到数据："+rec);
                    clientList.trimToSize();
                    String[] param = rec.split("&");
                    //将输入进行一些封装
                    if("$start$".equals(param[1])){
                        send = param[0] + "进入聊天室";
                    }else{
                        send = param[0] + "说:  " + param[1];
                    }
                    //将非取消信号的数据发送出去
                    if(!("$ends$".equals(param[1]))){
                        for(Socket socket : clientList){
                            if(!socket.isClosed()){
                                output = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
                                output.writeUTF(send);
                            }
                        }
                    }else{
                        for(Socket socket : clientList){
                            if(socket!= client && !socket.isClosed()){
                                output = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
                                output.writeUTF(param[0]+"已退出聊天室");
                            }
                        }
                        output = new DataOutputStream(client.getOutputStream());
                        output.writeUTF("$ends$");
                        client.close();
                        input.close();
                        output.close();
                    }
                }
            }
        }catch(Exception ex){
            ex.printStackTrace();
        }
    }
}

2. 客户端

import java.io.DataInputStream;
import java.io.DataOutputStream;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;

public class ChatRoomClient {
    public static final String ip = "127.0.0.1";
    public static final int port = 8888;
    public Socket socket = null;
    public DataInputStream input = null;
    public DataOutputStream output = null;
    public Scanner keyboard = new Scanner(System.in);
    public String send;
    public String name;
    public void start(){
        try{
            System.out.println(" ################ 欢迎进入Socket聊天室 ################ ");
            System.out.println("输入您在聊天室的昵称: ");
            name = keyboard.nextLine();
            socket = new Socket(ip,port);
            input = new DataInputStream(socket.getInputStream());
            output = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
            send = name + "&$start$";
            System.out.println(" ################ 进入聊天室成功 ################ ");
            System.out.println("如需退出聊天室,输入'$ends$'即可....");
            output.writeUTF(send);
            //TODO: 编写聊天的线程
            MsgThread mt = new MsgThread(output,name,input);
            mt.start();

            while(true){
                String rec = input.readUTF();
                if("$ends$".equals(rec)){
                    System.out.println(" ################ 退出聊天室成功 ################ ");
                    input.close();output.close();socket.close();
                    System.exit(0);
                }else{
                    System.out.println(rec);
                }
            }
        }catch(Exception ex){
            ex.printStackTrace();
        }finally {
            try{
                if(socket!= null){
                    socket.close();input.close();output.close();
                }
            }catch (Exception ex){
                ex.printStackTrace();
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args){
        ChatRoomClient client = new ChatRoomClient();
        client.start();
    }
}
class MsgThread extends Thread{
    private DataInputStream input;
    private DataOutputStream output;
    private Scanner keyboard = new Scanner(System.in);
    public static String name;
    public MsgThread(DataOutputStream o,String n,DataInputStream i){
        output = o;input = i;name = n;
    }
    public void run(){
        ChatRoomClient client = new ChatRoomClient();
        try{
            while(true){
                String send = name+"&" + keyboard.nextLine();
                output.writeUTF(send);
            }
        }catch(Exception ex){
            ex.printStackTrace();
        }finally {
            System.out.println("sfef");
        }
    }
}

3. 测试结果