第6章 传输应用编程：即时通讯聊天工具

第6章

传输应用编程：即时通讯聊天工具6.1即时通讯系统6.2传输层的技术6.3原理、流程与协议设计6.4系统实现6.5源代码清单本章教学目的、要求掌握即时通信聊天工具所采用的系统架构方式。了解即时通信聊天工具实际采用的传输技术。掌握即时通信聊天工具的原理、流程与协议设计以及实现过程。本章教学重点及难点即时通信聊天工具的原理、流程与协议设计以及实现过程。6.1 即时通讯系统6.1.1生活中的即时通讯大家经常接触到的有：腾讯QQ、淘宝的阿里旺旺、百度Hi、飞鸽传书以及国外的MSN、Skype等等。6.1.2系统架构的方式曾提到还有另一种混合型P2P，它需要索引服务器协调才能正常工作（如图6.3）。6.2传输层的技术6.2.1同步与异步TCP同步TCP实现机制简单、编程方便、代码的可读性好，唯一的缺点是：通信的一方往往不得不为了等待对方做出响应而阻塞线程，降低了程序执行的并发程度。异步TCP能很好地达到并行执行的效果，缺点是要运用特殊的实现机制，编程难度较高。6.2.2匿名UDP要创建匿名UDP的套接字对象，使用UdpClient类的这个构造函数：publicUdpClient(intport)用此构造函数创建一个基础socket，系统自动分配合适的本地IPv4地址，将port参数指定为0，表示让系统自动为其分配一个合适的端口号。典型应用代码如下：

UdpClientsendUdpClient=newUdpClient(0); byte[]sendbytes=Encoding.Unicode.GetBytes(message); IPEndPointremoteIPEndPoint=… sendUdpClient.Send(sendbytes,sendbytes.Length,remoteIPEndPoint); sendUdpClient.Close();6.2.3实名UDP要创建实名UDP套接字对象，使用下面的构造函数： publicUdpClient(IPEndPointlocalEdp)用此构造函数创建一个新的UdpClient实例，该实例与包含本地IP地址和端口号的IPEndPoint实例绑定。典型的应用代码为： //创建实名套接字 IPAddresslocalIp=IPAddress.Parse(textBoxLocalIp.Text); localIPEndPoint=newIPEndPoint(localIp,int.Parse(textBoxLocalPort.Text)); UdpClientreceiveUdpClient=newUdpClient(localIPEndPoint); //启动接收线程 ThreadthreadReceive=newThread(ReceiveMessage); threadReceive.Start();6.2.4各种传输技术的适用场合实际采用的传输技术一般有3种：同步TCP、匿名UDP和实名UDP。同步TCP用于需要可靠传输少量重要数据的场合；匿名UDP用来发消息；实名UDP则主要负责接收消息并代表接收方用户线程自身。6.3原理、流程与协议设计6.3.1会话流程设计按照上述思路，设计系统会话流程如下：(1) 用户通过终端进入系统，向服务器发出消息，请求登录。(2) 服务器收到请求后，向客户端返回应答消息，表示同意接受该用户加入，并顺带将自己服务线程所在的监听端口告诉用户端。(3) 客户端按照服务器应答中给出的端口号与服务器建立稳定的连接。(4) 服务器通过该连接将当前在线用户的列表信息传给新加入的客户端。(5) 客户端获得了在线用户列表，就可以自主地与线上其他用户通信了。(6) 当用户退出系统时要及时地通知服务器。6.3.1会话流程设计整个流程如图6.4所示。6.3.2用户管理新用户登录时，服务器将用户表传给他，同时向系统内每个成员广播“login”消息，各成员收到后更新自己的用户表，如图6.5所示。6.3.2用户管理在有用户退出系统时，服务器也会及时地将这一消息传达给每个用户，当然，这也就要求每个用户在自己想要退出之前，必须要先“告知”服务器一声（用“logout”消息），见图6.6。6.3.3协议设计1.客户端与服务器会话(1) 登录过程①

客户端用匿名UDP向服务器发出： login,username,localIPEndPoint②

服务器收到后以匿名UDP返回应答： Accept,port③

连上服务器、获取用户列表用户列表的格式： username1,IPEndPoint1;username2,IPEndPoint2;…;end(2) 注销登录用户退出时，向服务器发出消息： logout,username,localIPEndPoint6.3.3协议设计2.服务器协调管理用户(1) 新用户加入通知服务器向系统内用户广播发送： login,username,remoteIPEndPoint(2) 用户退出与新成员加入时一样，服务器将用户退出的消息直接进行广播转发： logout,username,remoteIPEndPoint6.3.3协议设计3.用户终端之间聊天聊天时发送的信息格式为：

talk,longTime,selfUserName,message如图6.7为大家熟悉的QQ聊天内容的显示方式，其中②标出的就是以长时间格式显示的时间信息。6.4系统实现6.4.1界面设计1.服务器端界面服务器界面遵循简洁的风格，拥有一个大的黑色显示屏，便于监控程序运行的状态，如图6.8所示。6.4.1界面设计程序工程名为“Server”，其界面控件的属性描述见表6-1所示。Name控件类型功能描述MainFormForm服务器程序主窗体listBoxStatusListBox服务状态监控区textBoxServerIpTextBox填写服务IP地址textBoxServerPortTextBox服务端口号buttonStartButton【启动】按钮buttonStopButton【停止】按钮6.4.1界面设计2.客户端界面客户端模仿QQ设计为狭长形窗体，包括三个区域：上部为登录/配置区，中部是用户列表显示区，下部为状态监控区。状态监控同样采用ListBox控件，与服务器端的一样设置为黑色类似Dos命令行的显示区，见图6.9。6.4.1界面设计程序工程名为“Client”，界面上各控件的属性见表6-2。Name控件类型功能描述MainFormForm客户端程序主窗体textBoxServerIpTextBox服务器IPtextBoxServerPortTextBox填写服务器端口textBoxLocalIpTextBox本地IPtextBoxLocalPortTextBox本地端口textBoxUserNameTextBox填写用户名buttonLoginButton【登录】按钮buttonLogoutButton【注销】按钮listViewOnlineListView在线用户列表显示区listBoxStatusListBox状态监控区6.4.1界面设计需要向客户端项目工程中添加一个窗体。右击项目名，从弹出的快捷菜单中选择【添加】→【Windows窗体…】，如图6.10的操作。6.4.1界面设计在弹出的【添加新项】对话框中为窗体命名为ChatForm.cs，单击【添加】按钮，完成添加，如图6.11所示。6.4.1界面设计在新出现的窗口设计工作区中，设计聊天子窗口界面如图6.12所示6.4.1界面设计界面上各控件的属性见表6-3。Name控件类型功能描述ChatFormForm聊天子窗体richTextBoxTalkInfoRichTextBox聊天内容显示区textBoxSendTextBox发送文本编辑区buttonCloseButton【关闭】按钮buttonSendButton【发送】按钮6.4.2服务线程系统运行后，先由服务器启动服务线程，操作很简单，只须单击【启动】按钮即可。【启动】按钮的事件过程。【停止】按钮的事件过程： privatevoidbuttonStop_Click(objectsender,EventArgse) { myTcpListener.Stop(); receiveUdpClient.Close(); buttonStart.Enabled=true; buttonStop.Enabled=false; }6.4.2服务线程运行服务器，先后单击【启动】和【停止】按钮，状态监控屏上就显示出服务线程的工作状态，如图6.13所示。6.4.3登录/注销1.用户对象为了便于服务器对全体用户的管理，在服务器工程中添加自定义User类，步骤类似于前述的向工程中添加Windows窗体，如图6.14所示。添加完之后工程目录树中会新增一个名为User.cs的源文件，在其中编写User类的定义代码。6.4.3登录/注销2.用户登录功能用户在客户端界面上单击【登录】按钮后，客户端就向服务器发出“login”请求。【登录】按钮的事件过程为。连接成功后，启动一个专门的线程threadGetList用于获取用户列表，该线程关联的GetUserList()方法的实现代码。6.4.3登录/注销图6.15所示为第一个用户登录系统时，从状态监控屏幕上看到的客户端与服务器程序的会话过程。6.4.3登录/注销3.用户注销当用户需要下线退出时，单击客户端界面上的【注销】按钮。【注销】按钮的过程代码： privatevoidbuttonLogout_Click(objectsender,EventArgse) { //匿名发送

sendUdpClient=newUdpClient(0); //启动发送线程 ThreadthreadSend=newThread(SendMessage);

threadSend.Start(string.Format("logout,{0},{1}",textBoxUserName.Text,clientIPEndPoint));

AddItemToListBox(string.Format("发出:[logout,{0},{1}]",textBoxUserName.Text,clientIPEndPoint));

receiveUdpClient.Close(); //关闭UDP套接字

listViewOnline.Items.Clear();

buttonLogin.Enabled=true;

buttonLogout.Enabled=false;

this.Text="Client"; }6.4.3登录/注销在这个过程中，退出的客户端与服务器的会话记录如图6.16框出的部分。6.4.3登录/注销4.更新用户列表系统内的在线用户收到服务器发来的广播通告后，实时更新自己的用户列表。当服务器发来“login”通知时，说明有新成员加入，客户端执行代码段④：AddItemToListBox(string.Format("新用户{0}({1})加入",splitString[1],splitString[2]));stringuserItemInfo=splitString[1]+","+splitString[2];AddItemToListView(userItemInfo);若收到的是“logout”，则执行代码段⑤：AddItemToListBox(string.Format("用户{0}({1})退出",splitString[1],splitString[2]));RmvItemfromListView(splitString[1]);两个回调方法定义。6.4.4即时聊天在线用户的即时聊天是本章软件最重要的核心功能，携带聊天谈话内容的消息以“talk”为首部，采用点对点（P2P）方式发给对方。“talk”消息的发送、接收和显示都由专门的聊天子窗口负责，当客户端主程序收到“talk”打头的消息时，先执行代码段⑥： for(i