詳解C# 網路程式設計系列：實現類似QQ的即時通訊程式
https://www.jb51.net/article/101289.htm
引言：
前面專題中介紹了UDP、TCP和P2P程式設計，並且通過一些小的示例來讓大家更好的理解它們的工作原理以及怎樣.Net類庫去實現它們的。為了讓大家更好的理解我們平常中常見的軟體QQ的工作原理，所以在本專題中將利用前面專題介紹的知識來實現一個類似QQ的聊天程式。
一、即時通訊系統
在我們的生活中經常使用即時通訊的軟體，我們經常接觸到的有：QQ、阿里旺旺、MSN等等。這些都是屬於即時通訊（Instant Messenger，IM）軟體，IM是指所有能夠即時傳送和接收網際網路訊息的軟體。
在前面專題P2P程式設計中介紹過P2P系統分兩種型別——單純型P2P和混合型P2P（QQ就是屬於混合型的應用），混合型P2P系統中的伺服器（也叫索引伺服器）起到協調的作用。在檔案共享類應用中，如果採用混合型P2P技術的話，索引伺服器就儲存著檔案資訊，這樣就可能會造成版權的問題，然而在即時通訊類的軟體中， 因為客戶端傳遞的都是簡單的聊天文字而不是網路媒體資源，這樣就不存在版權問題了，在這種情況下，就可以採用混合型P2P技術來實現我們的即時通訊軟體。前面已經講了，騰訊的QQ就是屬於混合型P2P的軟體。
因此本專題要實現一個類似QQ的聊天程式，其中用到的P2P技術是屬於混合型P2P，而不是前一專題中的採用的單純型P2P技術，同時本程式的實現也會用到TCP、UDP程式設計技術。
二、程式實現的詳細設計
本程式採用P2P方式，各個客戶端之間直接發訊息進行聊天，伺服器在其中只是起到協調的作用，下面先理清下程式的流程：
2.1 程式流程設計
當一個新使用者通過客戶端登陸系統後，從伺服器獲取當線上的使用者資訊列表，列表資訊包括系統中每個使用者的地址，然後使用者就可以單獨向其他發訊息。如果有使用者加入或者線上使用者退出時，伺服器就會及時發訊息通知系統中的所有其他客戶端，達到它們即時地更新使用者資訊列表。
根據上面大致的描述，我們可以把系統的流程分為下面幾步來更好的理解（大家可以參考QQ程式將會更好的理解本程式的流程）：
1.使用者通過客戶端進入系統，向伺服器發出訊息，請求登陸
2.伺服器收到請求後，向客戶端返回迴應訊息，表示同意接受該使用者加入，並把自己（指的是伺服器）所在監聽的埠傳送給客戶端
3.客戶端根據伺服器傳送過來的埠號和伺服器建立連線
4.伺服器通過該連線 把線上使用者的列表資訊傳送給新加入的客戶端。
5.客戶端獲得了線上使用者列表後就可以自己選擇線上使用者聊天。（程式中另外設計一個類似QQ的聊天視窗來進行聊天）
6.當用戶退出系統時也要及時通知伺服器，伺服器再把這個訊息轉發給每個線上的使用者，使客戶端及時更新本地的使用者資訊列表。
2.2 通訊協議設計
所謂協議就是約定，即伺服器和客戶端之間會話資訊的內容格式進行約定，使雙方都可以識別，達到更好的通訊。
下面就具體介紹下協議的設計：
1. 客戶端和伺服器之間的對話
（1）登陸過程
① 客戶端用匿名UDP的方式向伺服器發出下面的資訊：
login, username, localIPEndPoint
訊息內容包括三個欄位,每個欄位用 “,”分割，login表示的是請求登陸；username表示使用者名稱；localIPEndPint表示客戶端本地地址。
② 伺服器收到後以匿名UDP返回下面的迴應：
Accept, port
其中Accept表示伺服器接受請求，port表示伺服器所在的埠號，伺服器監聽著這個埠的客戶端連線
③ 連線伺服器，獲取使用者列表
客戶端從上一步獲得了埠號，然後向該埠發起TCP連線，向伺服器索取線上使用者列表，伺服器接受連線後將使用者列表傳輸到客戶端。使用者列表資訊格式如下：
username1,IPEndPoint1;username2,IPEndPoint2;...;end
username1、username2表示使用者名稱，IPEndPoint1,IPEndPoint2表示對應的端點，每個使用者資訊都是由"使用者名稱+端點"組成，使用者資訊以“;”隔開，整個使用者列表以“end”結尾。
（2）登出過程
使用者退出時，向伺服器傳送如下訊息：
logout,username,localIPEndPoint
這條訊息看字面意思大家都知道就是告訴伺服器 username+localIPEndPoint這個使用者要退出了。
2. 伺服器管理使用者
（1）新使用者加入通知
因為系統中線上的每個使用者都有一份當前線上使用者表，因此當有新使用者登入時，伺服器不需要重複地給系統中的每個使用者再發送所有使用者資訊，只需要將新加入使用者的資訊通知其他使用者，其他使用者再更新自己的使用者列表。
伺服器向系統中每個使用者廣播如下資訊：login,username,remoteIPEndPoint
在這個過程中伺服器只是負責將收到的"login"資訊轉發出去。
（2）使用者退出
與新使用者加入一樣，伺服器將使用者退出的訊息進行廣播轉發：logout,username,remoteIPEndPoint
3. 客戶端之間聊天
使用者進行聊天時，各自的客戶端之間是以P2P方式進行工作的，不與伺服器有直接聯絡，這也是P2P技術的特點。
聊天傳送的訊息格式如下：talk, longtime, selfUserName, message
其中，talk表明這是聊天內容的訊息；longtime是長時間格式的當前系統時間；selfUserName為傳送發的使用者名稱；message表示訊息的內容。
協議設計介紹完後，下面就進入本程式的具體實現的介紹的。
注：協議是本程式的核心，也是所有軟體的核心，每個軟體產品的協議都是不一樣的，QQ有自己的一套協議，MSN又有另一套協議，所以使用的QQ的使用者無法和用MSN的朋友進行聊天。
三、程式的實現
伺服器端核心程式碼：
?| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 |
// 啟動伺服器
// 根據部落格中協議的設計部分
// 客戶端先向伺服器傳送登入請求，然後通過伺服器返回的埠號
// 再與伺服器建立連線
// 所以啟動服務按鈕事件中有兩個套接字：一個是接收客戶端資訊套接字和
// 監聽客戶端連線套接字
private
void
btnStart_Click(
object
sender, EventArgs e)
{
// 建立接收套接字
serverIp = IPAddress.Parse(txbServerIP.Text);
serverIPEndPoint =
new
IPEndPoint(serverIp,
int
.Parse(txbServerport.Text));
receiveUdpClient =
new
UdpClient(serverIPEndPoint);
// 啟動接收執行緒
Thread receiveThread =
new
Thread(ReceiveMessage);
receiveThread.Start();
btnStart.Enabled =
false
;
btnStop.Enabled =
true
;
// 隨機指定監聽埠
Random random =
new
Random();
tcpPort = random.Next(port + 1, 65536);
// 建立監聽套接字
tcpListener =
new
TcpListener(serverIp, tcpPort);
tcpListener.Start();
// 啟動監聽執行緒
Thread listenThread =
new
Thread(ListenClientConnect);
listenThread.Start();
AddItemToListBox(
string
.Format(
"伺服器執行緒{0}啟動，監聽埠{1}"
,serverIPEndPoint,tcpPort));
}
// 接收客戶端發來的資訊
private
void
ReceiveMessage()
{
IPEndPoint remoteIPEndPoint =
new
IPEndPoint(IPAddress.Any, 0);
while
(
true
)
{
try
{
// 關閉receiveUdpClient時下面一行程式碼會產生異常
byte
[] receiveBytes = receiveUdpClient.Receive(
ref
remoteIPEndPoint);
string
message = Encoding.Unicode.GetString(receiveBytes, 0, receiveBytes.Length);
// 顯示訊息內容
AddItemToListBox(
string
.Format(
"{0}:{1}"
,remoteIPEndPoint,message));
// 處理訊息資料
// 根據協議的設計部分，從客戶端傳送來的訊息是具有一定格式的
// 伺服器接收訊息後要對訊息做處理
string
[] splitstring = message.Split(
','
);
// 解析使用者端地址
string
[] splitsubstring = splitstring[2].Split(
':'
);
IPEndPoint clientIPEndPoint =
new
IPEndPoint(IPAddress.Parse(splitsubstring[0]),
int
.Parse(splitsubstring[1]));
switch
(splitstring[0])
{
// 如果是登入資訊，向客戶端傳送應答訊息和廣播有新使用者登入訊息
case
"login"
:
User user =
new
User(splitstring[1], clientIPEndPoint);
// 往線上的使用者列表新增新成員
userList.Add(user);
AddItemToListBox(
string
.Format(
"使用者{0}({1})加入"
, user.GetName(), user.GetIPEndPoint()));
string
sendString =
"Accept,"
+ tcpPort.ToString();
// 向客戶端傳送應答訊息
SendtoClient(user, sendString);
AddItemToListBox(
string
.Format(
"向{0}({1})發出：[{2}]"
, user.GetName(), user.GetIPEndPoint(), sendString));
for
(
int
i = 0; i < userList.Count; i++)
{
if
(userList[i].GetName() != user.GetName())
{
// 給線上的其他使用者傳送廣播訊息
// 通知有新使用者加入
SendtoClient(userList[i], message);
}
}
AddItemToListBox(
string
.Format(
"廣播：[{0}]"
, message));
break
;
case
"logout"
:
for
(
int
i = 0; i < userList.Count; i++)
{
if
(userList[i].GetName() == splitstring[1])
{
AddItemToListBox(
string
.Format(
"使用者{0}({1})退出"
,userList[i].GetName(),userList[i].GetIPEndPoint()));
userList.RemoveAt(i);
// 移除使用者
}
}
for
(
int
i = 0; i < userList.Count; i++)
{
// 廣播登出訊息
SendtoClient(userList[i], message);
}
AddItemToListBox(
string
.Format(
"廣播:[{0}]"
, message));
break
;
}
}
catch
{
// 傳送異常退出迴圈
break
;
}
}
AddItemToListBox(
string
.Format(
"服務執行緒{0}終止"
, serverIPEndPoint));
}
// 向客戶端傳送訊息
private
void
SendtoClient(User user,
string
message)
{
// 匿名方式傳送
sendUdpClient =
new
UdpClient(0);
byte
[] sendBytes = Encoding.Unicode.GetBytes(message);
IPEndPoint remoteIPEndPoint =user.GetIPEndPoint();
sendUdpClient.Send(sendBytes,sendBytes.Length,remoteIPEndPoint);
sendUdpClient.Close();
}
// 接受客戶端的連線
private
void
ListenClientConnect()
{
TcpClient newClient =
null
;
while
(
true
)
{
try
{
newClient = tcpListener.AcceptTcpClient();
AddItemToListBox(
string
.Format(
"接受客戶端{0}的TCP請求"
,newClient.Client.RemoteEndPoint));
}
catch
{
AddItemToListBox(
string
.Format(
"監聽執行緒({0}:{1})"
, serverIp, tcpPort));
break
;
}
Thread sendThread =
new
Thread(SendData);
sendThread.Start(newClient);
}
}
// 向客戶端傳送線上使用者列表資訊
// 伺服器通過TCP連線把線上使用者列表資訊傳送給客戶端
private
void
SendData(
object
userClient)
{
TcpClient newUserClient = (TcpClient)userClient;
userListstring =
null
;
for
(
int
i = 0; i < userList.Count; i++)
{
userListstring += userList[i].GetName() +
","
+ userList[i].GetIPEndPoint().ToString() +
";"
;
}
userListstring +=
"end"
;
networkStream = newUserClient.GetStream();
binaryWriter =
new
BinaryWriter(networkStream);
binaryWriter.Write(userListstring);
binaryWriter.Flush();
AddItemToListBox(
string
.Format(
"向{0}傳送[{1}]"
, newUserClient.Client.RemoteEndPoint, userListstring));
binaryWriter.Close();
newUserClient.Close();
}
|
客戶端核心程式碼：
?
1
2
3
4
5
6
7
8
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11
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16
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18
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29
30
31
32
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