计算机网络课程设计之网络聊天程序的设计与实现

计算机网络课程设计 Qt Windows Socket

榕林子

7165人浏览 · 2022-01-15 14:35:01

榕林子 · 2022-01-15 14:35:01 发布

前言

计算机网络课程设计开始，要求用C/C++，而且有些题目还要有图形界面，因此决定用Qt写图形界面，同时决定用一个程序完成所有的实验设计。

白嫖容易，创作不易，本文原创，转载请注明！！！
源码和可运行程序：
链接：https://pan.baidu.com/s/1A9KctmpP2JJgyW2wLrehIg
提取码：Lin2

Qt入门系列：
Qt学习之C++基础
 Qt学习之Qt安装
 Qt学习之Qt基础入门(上)
Qt学习之Qt基础入门(中)
Qt学习之Qt基础入门(下)

创作不易，整个课程设计程序3000多行代码，所有实验都写在了一个程序中，时间有限，能力不足，转载望注明！！！
本文链接
个人博客：https://ronglin.fun/archives/264
PDF链接：见博客网站
CSDN: https://blog.csdn.net/RongLin02/article/details/122509928

实验题目

网络聊天程序的设计与实现

实验目的

了解 Socket 通信的原理，在此基础上编写一个聊天程序。

总体设计

（含背景知识或基本原理与算法、或模块介绍、设计步骤等）
本次设计客户端用了Qt，Qt的一个很鲜明的特色就是可以使用槽函数异步处理数据。
服务器端用了Java，因为要用到多线程处理每一个客户端，同时用到了很多阻塞式方法，Java的库中对于多线程的处理十分方便，因此服务器用Java书写。

客户端

在Qt中创建一个TCP连接十分简单
参考博客：QT5实现简单的TCP通信
首先使用QT的网络套接字需要.pro文件中加入一句：

QT       += network

客户端的代码比服务器稍简单，总的来说，使用QT中的QTcpSocket类与服务器进行通信只需要以下5步：

创建QTcpSocket套接字对象

QTcpSocket* socket = new QTcpSocket();

使用这个对象连接服务器

socket->connectToHost(IP, port);

使用write函数向服务器发送数据

int result = socket->write(data);

当socket接收缓冲区有新数据到来时，会发出readRead()信号，因此为该信号添加槽函数以读取数据

QObject::connect(socket, &QTcpSocket::readyRead, this, &MainWindow::socket_Read_Data);

void MainWindow::socket_Read_Data()
{
    QByteArray buffer;
    //读取缓冲区数据
    buffer = socket->readAll();
}

断开与服务器的连接
关于close()和disconnectFromHost()的区别，可以按F1看帮助

socket->disconnectFromHost();
//socket->close()

服务器

虽然服务器端用的是Java写的，但是还是提一下Qt中如何创建服务器

Qt TCP服务器

服务器除了使用到了QTcpSocket类，还需要用到QTcpSever类。即便如此，也只是比客户端复杂一点点，用到了6个步骤：

创建QTcpSever对象

QTcpSocket server = new QTcpServer();

侦听一个端口，使得客户端可以使用这个端口访问服务器
这里的第一个参数是QHostAddress，在Qt的assistant(帮助文档)有详细的说明

server->listen(QHostAddress::Any, port);

当服务器被客户端访问时，会发出newConnection()信号，因此为该信号添加槽函数，并用一个QTcpSocket对象接受客户端访问

connect(server,&QTcpServer::newConnection,this,&MainWindow::server_New_Connect);
void MainWindow::server_New_Connect()
{
    //获取客户端连接
    socket = server->nextPendingConnection();
}

使用socket的write函数向客户端发送数据

int result = socket->write(data);

当socket接收缓冲区有新数据到来时，会发出readRead()信号，因此为该信号添加槽函数以读取数据

QObject::connect(socket, &QTcpSocket::readyRead, this, &MainWindow::socket_Read_Data);

void MainWindow::socket_Read_Data()
{
    QByteArray buffer;
    //读取缓冲区数据
    buffer = socket->readAll();
}

取消侦听

server->close();

Qt异步处理数据用起来很方便，因为connect函数的存在，程序不用阻塞，可以等待槽函数的触发。

Java TCP服务器

接下来说明Java如何创建一个TCP服务器
参考博客：TCP通信的Java实现

先创建一个ServerSocket类
调用accept()方法获取连接，此方法阻塞式方法
获取客户端的输入流，来读客户端数据
获取客户端的输出流，来向客户端写数据
关闭所有对象
代码如下

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class Server {
    public static void main(String[] args) {
        //1. 创建服务器ServerSocket对象
        try {
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(6666);
            //2. 获取客户端请求对象Socket
            Socket socket = serverSocket.accept();
            //3. 获取字节输入流对象
            InputStream inputStream = socket.getInputStream();
            //4. 读取客户端数据
            byte[] bytes = new byte[1024];
            int len = inputStream.read(bytes);
            System.out.println(new String(bytes,0,len));
            //5. 获取字节输出流对象
            OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
            //6. 向客户端回写数据
            outputStream.write("I am OK.".getBytes());
            //7. 释放资源
            socket.close();
            serverSocket.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

详细设计

（含主要的数据结构、程序流程图、关键代码等）

数据格式

首先是数据的数据格式，这里我设置了一个Message类，格式如下：

TYPE: Information
FROM: 11809
TO: 11810
TIME: 2022-01-05 17:18:49
CONTENT: test测试

一共是5项数据：

TYPE，表示数据的类型，类型一共有3种，一个是Heartbeat，表示心跳，心跳类的数据包只有一个Type类型的数，其余都是0或者null，第二种是UserList，表示用户列表，当有客户端连入TCP服务器或者与其断开的时候，会广播发送一次UserList数据包，用来告诉所有客户端更新用户列表。最后一个是Information数据包，用来封装消息。
FROM，在Information中表示数据的发送者
TO，在Information中表示数据的接收者，TCP服务器通过此来把数据发送给相应的TCPClient
TIME，时间，注意虽然发送者在发送的时候会填入一个时间到Information类数据包中，但是当数据到达服务器时，服务器会以本身的时间来更新这部分，以防客户端本身的时间错误
CONTENT，表示内容，即正文部分。

服务器

如果要实现聊天室，首先要先设计一个服务器，服务器的设计主要是Java多线程实现
下面简单说明一下设计过程

一共有3类线程：

第一类线程是在Main中的一个while(true)，主要是向服务器中所有连接的客户端发送心跳包，每500ms发送一个心跳包，如果发送失败则说明客户端已经断开，然后广播一个UserList类型的数据，来告诉客户端更新列表。
第二类线程是TCPServer线程，该线程的主要作用就是用来处理阻塞的accept()方法，当连接成功一个客户端之后，将其添加到一个维护的ArrayList，然后再次while(true)阻塞accept()方法。
第三类线程就是用来处理所有的客户端的数据，主要是处理阻塞的read()方法，用来监听客户端的输入。

同时每一个客户端的标识是用他们本身的本地Port数据来标识。

客户端

在这里插入图片描述
界面如上，当点击登录的时候，socket开始连接，ip地址为自行写死的"127.0.0.1"端口也是写死的"60001"，然后登录之后收到来自服务器的UserList类型的数据包，然后更新自己的在线用户栏目，复位就是清0一个计数变量，清空按钮是清空上下的textEdit控件，启动新进程是为了调试，主要是用来启动一个新的子进程，发送按钮的逻辑是先清空发送栏，然后调用write()方法，把数据打包成Message格式，然后发送给服务器。
需要注意的是，要时刻注意判定是否在登录的状态下。