用Java Socket制作文字聊天小程序

1.程序實現的功能

　　兩個客戶端之間，實現在線文字聊天，和接收離線消息。

2.程序總體結構

　　程序整體是C/S結構，用java中socket通信建立服務端和客戶端之間的UDP連接，消息都通過服務端轉發，客戶端之間不直接建立連接。

3.服務端介紹

（圖3.1 服務端初始界面）

　　首先，服務端程序運行后，需要點擊啟動按鈕，基於事件監聽機制，建立socket連接和等待接收數據報都在按鈕actionPerformed函數里進行:

 

BStart.addActionListener(new ActionListener() { //啟動按鈕
    
            @Override
            public void actionPerformed(ActionEvent e) {
                thread t1 = new thread();
                t1.start();
            }
        });

　　

　　注意到，按鈕里的並沒有socket操作，只有一個線程的執行，其實，socket操作就放在這個線程里進行，之所以用到線程，原因在后文會給出。

　　通過繼承了Thread類的方式實現多線程：

 

static class thread extends Thread{
        public thread(){
            super();
        }
        public void run(){
//socket methods...
}

 

　　第一件事是建立socket，綁定到本機，並顯示在左邊的系統消息框內： 

 

//建立數據報Socket並顯示
  InetAddress addr = InetAddress.getByName("localhost");
  DatagramSocket ds =new DatagramSocket(PORT,addr);
  ta.setText("【" + df.format(new Date()) +"】" + "UDP服務器已啟動：" + addr.getHostAddress() + addr.getHostName()); 

 

（3.2 服務端啟動連接界面）

 

　　接下里通過DatagramSocket的receive函數等待數據報的到來:

 

while(true){
ds.receive(inDataPacket);//等待數據報的到來
//...
}

　

　如果收到的是客戶端的連接請求，則更新用戶列表，返回確認連接報文，並在系統消息框內顯示客戶端連接的消息：

 

//數據的處理
    String str = new String(inDataPacket.getData(), 0, inDataPacket.getLength());        
    if(str.equals(new String("Request Connect"))){   //連接請求
        String str2 = inDataPacket.getAddress() + "(" + inDataPacket.getPort() + ")";
        //更新用戶列表
        if(ta2.getText().indexOf(str2) == -1){
            String history2 = ta2.getText();
            String now2 = String.format("%s%n", history2) + str2;
            ta2.setText(now2);
        }

        //返回確認連接報文
        String strRep = "Connection Confirm";
        DatagramPacket outDataPacket = new DatagramPacket(strRep.getBytes(),strRep.length(),
                inDataPacket.getAddress(), inDataPacket.getPort());
        ds.send(outDataPacket);
        
        //更新系統消息列表
        String history_SM = ta.getText();
        String now_SM = String.format("%s%n", history_SM) + "【" + df.format(new Date()) +"】" +str2 + "成功連接到服務器";
        ta.setText(now_SM);

 

 

（圖3.3 客戶端連接到服務器）

 

 

　　如果不是請求連接報文，則為消息報文。數據報中消息的頭部加上了源端口和目的端口，方便服務端進行數據報的封裝，如果源端口為8888，目的端口為8889，則消息的頭部為：TO8889FR8888。如果用戶在線（在當前用戶列表上查找，有則判斷在線），則封裝數據報並投遞。如果不在線，則將消息儲存，等待此用戶上線后再發送該消息。只要收到消息，系統顯示框都會有顯示。

 

//消息處理
    String Port = str.substring(2, 6);  //提取收信方端口
    if(ta2.getText().indexOf(Port) != -1){  //用戶在線
        String strRep = str;
        DatagramPacket outDataPacket = new DatagramPacket(strRep.getBytes(),strRep.getBytes().length,
                addr, Integer.parseInt(Port));
        ds.send(outDataPacket);
        
    }else{   //用戶不在線
        if(Port.equals(new String("8888"))){
            S1 = str;
        }else if(Port.equals(new String("8889"))){
            S2 = str;
        }else{
            S3 = str;
        }
    }
    String history = ta.getText();
    String now = String.format("%s%n", history) + "【" + df.format(new Date()) +"】" + str.subSequence(8, 12) + "給" + Port + "發送了一條消息。"; 
    ta.setText(now);

 

（圖3.4 服務端顯示消息發送成功）

 

4.客戶端介紹　

　　客戶端和服務端有很多類似，不管是界面還是代碼結構。為了演示的需要，共設置三個客戶端，由於都在本機運行，地址全為localhost，以端口號區分。

 

（圖4.1 客戶端初始界面）

 

　　　客戶端的socket操作放在連接按鈕的監聽函數里，完成消息的獲取:

 

     //建立數據報socket
    addr = InetAddress.getByName("localhost");
    datagramSocket = new DatagramSocket(LocalPORT);
    datagramSocket.setSoTimeout(3000);    //設置3秒超時
    
    //發送登錄消息給服務器
    String str = "Request Connect";
    DatagramPacket login = new DatagramPacket(str.getBytes(), str.length(), addr, ServerPORT);
    datagramSocket.send(login);
    
    //接受服務器的確認數據報
    byte[] msg = new byte[100];
    DatagramPacket inDataPacket = new DatagramPacket(msg, msg.length); 
    datagramSocket.receive(inDataPacket);    

 

　　當連接按鈕按下后，右側的好友按鈕才會可用：

（圖4.2 客戶端連接到服務器）

 

　　此時，發送消息的准備工作已經完成。點擊要對話的好友按鈕，發送按鈕會變成可用，在下方的文本框里輸入要發送的信息，點擊發送按鈕即可完成：

 

//按下好友按鈕，發送按鈕可用
   B8889.addActionListener(new ActionListener(){
        @Override
        public void actionPerformed(ActionEvent e) {        
        
            current = "8889";
            BSend.setEnabled(true);
        }
        
    });

　　其中，current為消息將要到達的目標端口號的標識，點擊發送按鈕，消息將會被發到current所表示的端口客戶端。

　　發送按鈕里的socket操作：

 

　　//建立數據報socket
    InetAddress addr = InetAddress.getByName("localhost");
    DatagramSocket datagramSocket = new DatagramSocket(LocalPORTS);
    
    //構造數據報並發送
    String str = "T0" + current + "FR" + "8888" + ":" + tf.getText();
    DatagramPacket out = new DatagramPacket(str.getBytes(), str.getBytes().length, addr, ServerPORT);
    datagramSocket.send(out);
    
    //清空發送框
    tf.setText(null);
    
    //顯示
    String history = ta.getText();
    String now = String.format("%s%n", history) + "【" + df.format(new Date()) +"】" + "消息發送成功！"; 
    ta.setText(now);
    //關閉數據報
    datagramSocket.close();

 

　　演示，用客戶端8888發送“網絡交談123”給客戶端8889：

 

(圖4.3 客戶端8888發送消息成功）

 

(圖4.4 客戶端8889收到消息）

 

 5.遇到的問題及解決過程

　　實踐過程中碰到很多問題，持續時間很長，由於基礎不牢，有時小問題都會花很長時間，絕大多數時間都花在解決問題上了。下面就過程中碰到的3個問題進行簡要說明。

　　1）服務端點擊啟動后窗口無法正常關閉/啟動客戶端並點擊連接按鈕，窗口失效。

　　最開始是發現當服務端點擊啟動按鈕運行后，窗口就不能點擊右上角關閉了，需要用任務管理器才能關掉。之后在java課上，聽老師講到了阻塞的概念，才發現，DatagramSocket中receive函數在接受到數據報前一直處於阻塞狀態，就是說，當沒有收到消息時程序會停在這里，而這個時候，程序中其他部分就會處於不可用狀態。知道了原因，但還是不知道怎樣解決。在網上了解一番后，發現，將啟動按鈕中socket操作放在另外線程里能解決這個問題。就又去學習了線程的知識，才找到解決方案。

　　之后發現，啟動客戶端點擊連接按鈕后窗口上好友按鈕顯示可用，但是點擊沒有反應，界面底部的文本框也不能用，整個窗口像是卡住了一樣。很快發應過來，這還是receive函數阻塞的原因，因為連接按鈕的監聽函數里，放了DatagramSocket的receive函數，需要總是處於等待消息狀態。同樣，加入線程后就解決了。

 

　　2）服務端未啟動時，先啟動客戶端並點擊連接按鈕，需要將阻塞狀態終止，顯示連接超時消息。

　　很明顯這也是receive阻塞，因為客戶端的連接按鈕的監聽函數里通過DatagramSocket給服務器發送了請求連接報文，但是服務器未啟動，不能返回確認連接報文，receive阻塞。這個情況也可以通過加入線程和設置定時器的方法可以解決，但是我通過查閱java API文檔找到了更好的方法，發現可以給receive函數設置超時限制，既當receive函數在設置的時間里未能收到消息，會拋出SocketTimeoutException異常，通過捕獲這個異常，就可以中斷receive的阻塞，並可以顯示超時信息。

datagramSocket.setSoTimeout(3000);    //設置3秒超時

Try{
    DatagramSocket.receive(inDataPacket);
}catch(SocketTimeoutException e1) {
                    String history = ta.getText();
                    String now;
                    if(!history.equals("")){
                        now = String.format("%s%n", history) + "【" + df.format(new Date()) +"】" + "連接超時！"; 
                    }else{
                        now = "【" + df.format(new Date()) +"】" + "連接超時！";
                    }
                    ta.setText(now);
                    datagramSocket.close();
}

　　3）中文亂碼

開始只能發送英文和數字，發中文就亂碼，在網上查說是編碼的問題，改了半天才發現我封裝數據報的時候，字符串的長度計算不妥：

DatagramPacket out = new DatagramPacket(str.getBytes(),str.length(), addr, ServerPORT);    //str為String類型

　　如果是英文或數字，str.length()計算的長度沒問題，但是如果是漢字，就不對了，漢字不只占一個字節。

　　之后改成：

DatagramPacket out = new DatagramPacket(str.getBytes(), str.getBytes().length, addr, ServerPORT);

就可以了。

 

6. 存在的不足和接下來的工作

對數據消息的儲存沒有花太多心思，客戶端只能顯示最后一條離線消息。

這個只是在本機上模擬多客戶端交談，要想放在不同機器上，需要獲得機器的ip地址，將DatagramSocket綁定到此地址即可。

圖片的傳輸可以嘗試。

 

7.完整代碼

 

/*服務端*/
import java.awt.Button;
import java.awt.Color;
import java.awt.Label;
import java.awt.TextArea;
import java.awt.event.ActionEvent;
import java.awt.event.ActionListener;
import javax.swing.JFrame;
import java.io.*;
import java.net.*;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date; 

public class talkOnline_Server {
    public static final int PORT =8081;
    private static TextArea ta;
    private static TextArea ta2;
    static SimpleDateFormat df = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");//設置日期格式
    public static void main(String[] args) {
        JFrame f = new JFrame();
        f.setLayout(null);
        
        //連接按鈕
        Button BStart = new Button("啟動");
        BStart.setBounds(10, 10, 50, 20);
        
        //系統消息框標簽
        Label lb1 = new Label("--------系統消息框--------");
        lb1.setBounds(10, 55, 300, 20);
        
        //系統消息框
        ta = new TextArea();
        ta.setBackground(Color.gray);
        ta.setEditable(false);
        ta.setBounds(10, 80, 400, 400);
        
        
        //當前用戶列表標簽
        Label lb2 = new Label("--------當前用戶列表--------");
        lb2.setBounds(450, 55, 300, 20);
        
        //當前用戶列表框
        ta2 = new TextArea();
        ta2.setBackground(Color.gray);
        ta2.setEditable(false);
        ta2.setBounds(450, 80, 200, 400);
        

        //將組件加入到框架
        f.add(BStart);
        f.add(lb1);
        f.add(ta);
        f.add(lb2);
        f.add(ta2);    
        
        f.setSize(700,600);
        f.setVisible(true);
        f.setResizable(false);
        f.setTitle("網絡交談_服務器");
        f.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);

        BStart.addActionListener(new ActionListener() { //啟動按鈕
    
            @Override
            public void actionPerformed(ActionEvent e) {
                thread t1 = new thread();
                t1.start();
            }
        });

    }
    
    static class thread extends Thread{
        public thread(){
            super();
        }
        public void run(){
            InetAddress addr;    
            DatagramSocket    ds = null;
            String S1 = new String(), S2 = new String (), S3 = new String();
            try {
                //建立數據報Socket並顯示
                addr = InetAddress.getByName("localhost");
                ds =new DatagramSocket(PORT,addr);
                ta.setText("【" + df.format(new Date()) +"】" + "UDP服務器已啟動：" + addr.getHostAddress() + "/" + addr.getHostName()); 
                
                //建立接受數據報
                byte[] buf = new byte[1000];
                DatagramPacket inDataPacket = new DatagramPacket(buf, buf.length);    
                while(true){
                    //等待數據報的到來
                    ds.receive(inDataPacket);
                    //數據的處理
                    String str = new String(inDataPacket.getData(), 0, inDataPacket.getLength());        
                    if(str.equals(new String("Request Connect"))){   //連接請求
                        String str2 = inDataPacket.getAddress() + "(" + inDataPacket.getPort() + ")";
                        //更新用戶列表
                        if(ta2.getText().indexOf(str2) == -1){
                            String history2 = ta2.getText();
                            String now2 = String.format("%s%n", history2) + str2;
                            ta2.setText(now2);
                        }

                        //返回確認連接報文
                        String strRep = "Connection Confirm";
                        DatagramPacket outDataPacket = new DatagramPacket(strRep.getBytes(),strRep.length(),
                                inDataPacket.getAddress(), inDataPacket.getPort());
                        ds.send(outDataPacket);
                        
                        //更新系統消息列表
                        String history_SM = ta.getText();
                        String now_SM = String.format("%s%n", history_SM) + "【" + df.format(new Date()) +"】" +str2 + "成功連接到服務器";
                        ta.setText(now_SM);
                        
                        if(!S1.isEmpty()){    //有8888的消息
                    
                            outDataPacket = new DatagramPacket(S1.getBytes(),S1.getBytes().length,
                                    addr, 8888);
                            ds.send(outDataPacket);
                            S1 = new String("");
                        }
                        
                        if(!S2.isEmpty()){    //有8889的消息
                            outDataPacket = new DatagramPacket(S2.getBytes(),S2.getBytes().length,
                                    addr, 8889);
                            ds.send(outDataPacket);
                            S2 = new String("");
                        }
                        if(!S3.isEmpty()){     //有8890的消息
                            outDataPacket = new DatagramPacket(S3.getBytes(),S3.getBytes().length,
                                    addr, 8890);
                            ds.send(outDataPacket);
                            S3 = new String("");
                        }
                        
                    }
                    else{   
                        //消息處理
                        String Port = str.substring(2, 6);  //收信方端口
                        if(ta2.getText().indexOf(Port) != -1){  //用戶在線
                            String strRep = str;
                            DatagramPacket outDataPacket = new DatagramPacket(strRep.getBytes(),strRep.getBytes().length,
                                    addr, Integer.parseInt(Port));
                            ds.send(outDataPacket);
                            
                        }else{   //用戶不在線
                            if(Port.equals(new String("8888"))){
                                S1 = str;
                            }else if(Port.equals(new String("8889"))){
                                S2 = str;
                            }else{
                                S3 = str;
                            }
                        }
                        String history = ta.getText();
                        String now = String.format("%s%n", history) + "【" + df.format(new Date()) +"】" + str.subSequence(8, 12) + "給" + Port + "發送了一條消息。"; 
                        ta.setText(now);
                        
                    }
                    
                    //....

                }    
                    
            } catch (SocketException e1) {
            //    System.err.println("cannot open socket");
                ta.setText("cannot open socket");
            //    System.exit(1);
            } catch (IOException e1) {
            //    System.err.println("communication error");
                ta.setText("communication error");
                e1.printStackTrace();
            }finally{
                ds.close();
            }  

        }
    }
        
    }
    
    

 

/*客戶端*/
import java.awt.Button;
import java.awt.Color;
import java.awt.Label;
import java.awt.TextArea;
import java.awt.TextField;
import java.awt.event.ActionEvent;
import java.awt.event.ActionListener;
import javax.swing.JFrame;

import java.io.*;
import java.net.*;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;

public class talkOnline_Client8888 {
    public static final int ServerPORT =8081;
    public static final int LocalPORT =8888;
    public static final int LocalPORTS =8878;
    static String current = null;
    static SimpleDateFormat df = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");//設置日期格式
    public static void main(String[] args) {
        JFrame f = new JFrame();
        f.setLayout(null);
        
        //連接按鈕
        final Button BConnect = new Button("連接");
        BConnect.setBounds(10, 10, 50, 20);
        
        //系統消息框標簽
        Label lb1 = new Label("--------消息框--------");
        lb1.setBounds(10, 55, 300, 20);
        
        //系統消息框
        final TextArea ta = new TextArea();
        ta.setBackground(Color.gray);
        ta.setEditable(false);
        //ta.setSize(300, 300);
        ta.setBounds(10, 80, 400, 400);
    

        //當前在線好友列表標簽
        Label lb2 = new Label("--------好友列表--------");
        lb2.setBounds(450, 55, 400, 20);
        
        //好友列表框
        final Button B8889 = new Button("8889");
        B8889.setBounds(450, 80, 200, 20);
        B8889.setEnabled(false);
        final Button B8890 = new Button("8890");
        B8890.setBounds(450, 120, 200, 20);
        B8890.setEnabled(false);
        
        //發送框
        final TextField tf = new TextField();
        tf.setEditable(true);
        tf.setBounds(10, 500, 400, 20);
        
        //發送按鈕
        final Button BSend = new Button("發送");
        BSend.setBounds(450, 500, 150, 20);
        BSend.setEnabled(false);


        //將組件加入到框架
        f.add(BConnect);
        f.add(lb1);
        f.add(ta);    
        f.add(lb2);
        f.add(tf);
        f.add(BSend);
        f.add(B8889);
        f.add(B8890);

        f.setSize(700,600);
        f.setVisible(true);
        f.setResizable(false);
        f.setTitle("網絡交談_客戶端 8888"); 
        f.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
        

        
        BConnect.addActionListener(new ActionListener(){
            InetAddress addr;
            DatagramSocket datagramSocket;
            @Override
            public void actionPerformed(ActionEvent e) {
                
                try {
                    //建立數據報socket
                    addr = InetAddress.getByName("localhost");
                    datagramSocket = new DatagramSocket(LocalPORT);
                    datagramSocket.setSoTimeout(3000);    //設置3秒超時
                    
                    //發送登錄消息給服務器
                    String str = "Request Connect";
                    DatagramPacket login = new DatagramPacket(str.getBytes(), str.length(), addr, ServerPORT);
                    datagramSocket.send(login);
                    
                    //接受服務器的確認數據報
                    byte[] msg = new byte[100];
                    DatagramPacket inDataPacket = new DatagramPacket(msg, msg.length); 
                    datagramSocket.receive(inDataPacket);
                      String receivedMsg = new String (inDataPacket.getData(), 0, inDataPacket.getLength());  
                      if(receivedMsg.equals("Connection Confirm")){
                          ta.setText("【" + df.format(new Date()) +"】" + "UDP已建立鏈接~" + addr.getHostName()+ ":" + addr.getHostAddress());
                          //將好友按鈕設為可用
                          B8889.setEnabled(true);
                          B8890.setEnabled(true);
                          BConnect.setEnabled(false);
                          try {
                            datagramSocket.setSoTimeout(0);
                        } catch (SocketException e1) {
                            // TODO Auto-generated catch block
                            e1.printStackTrace();
                        }
                        Mythread t1 = new Mythread(datagramSocket, ta);
                        t1.start();
                        
                      }else{
                          String history = ta.getText();
                        String now = String.format("%s%n", history) + "【" + df.format(new Date()) +"】" + "UDP連接建立失敗"; 
                        ta.setText(now);
                          datagramSocket.close();
                      }        
                }catch(SocketTimeoutException e1) {
                    String history = ta.getText();
                    String now;
                    if(!history.equals("")){
                        now = String.format("%s%n", history) + "【" + df.format(new Date()) +"】" + "連接超時！"; 
                    }else{
                        now = "【" + df.format(new Date()) +"】" + "連接超時！";
                    }
                    ta.setText(now);
                    datagramSocket.close();
                } catch (UnknownHostException e2) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e2.printStackTrace();
                } catch (IOException e3) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e3.printStackTrace();
                }
                

            }    
        });
        
        //按下好友按鈕，發送按鈕可用
        B8889.addActionListener(new ActionListener(){
            @Override
            public void actionPerformed(ActionEvent e) {        
            
                current = "8889";
                BSend.setEnabled(true);
            }
            
        });
        
        B8890.addActionListener(new ActionListener(){
            @Override
            public void actionPerformed(ActionEvent e) {        
                current = "8890";
                BSend.setEnabled(true);
            }
            
        });
        
        BSend.addActionListener(new ActionListener(){
            
            public void actionPerformed(ActionEvent e){
                try {
                    //建立數據報socket
                    InetAddress addr = InetAddress.getByName("localhost");
                    DatagramSocket datagramSocket = new DatagramSocket(LocalPORTS);
                    
                    //構造數據報並發送
                    String str = "T0" + current + "FR" + "8888" + ":" + tf.getText();
                    DatagramPacket out = new DatagramPacket(str.getBytes(), str.getBytes().length, addr, ServerPORT);
                    datagramSocket.send(out);
                    
                    //清空發送框
                    tf.setText(null);
                    
                    //顯示
                    String history = ta.getText();
                    String now = String.format("%s%n", history) + "【" + df.format(new Date()) +"】" + "消息發送成功！"; 
                    ta.setText(now);
                    //關閉數據報
                    datagramSocket.close();
                    
                } catch (UnknownHostException e1) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e1.printStackTrace();
                } catch (IOException e1) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e1.printStackTrace();
                }
            }
        });
    }

}

 

/*線程操作類*/
import java.awt.TextArea;
import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;

public class Mythread extends Thread{
    DatagramSocket datagramsocket;
    private TextArea ta;
    public Mythread(DatagramSocket datagramsocket, TextArea ta){
        this.datagramsocket = datagramsocket;
        this.ta = ta;
    }
    
    public void run(){
        SimpleDateFormat df = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");//設置日期格式
        byte[] buf = new byte[1000];
        DatagramPacket inDataPacket = new DatagramPacket(buf, buf.length);    
        while(true){
            try {                    //接收
                datagramsocket.receive(inDataPacket);
            } catch (IOException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }       
            String receivedMsg = "";
            receivedMsg = new String (inDataPacket.getData(), 0, inDataPacket.getLength());
            String PrintMsg = receivedMsg.substring(8);
            String history = ta.getText();
            String now = String.format("%s%n", history) + "【" + df.format(new Date()) +"】" +PrintMsg; 
            ta.setText(now);
        }
    }
}