Java Socket+多线程实现多人聊天室功能

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一、思路简介
       分为客户端和服务器两个类，所有的客户端将聊的内容发送给服务器，服务器接受后，将每一条内容发送给每一个客户端，客户端再显示在终端上。
' O# i% d  f1 L# }" p二、客户端设计
       客户端包含2个线程，1个用来接受服务器的信息，再显示，1个用来接收键盘的输入，发送给服务器。
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import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.util.Scanner;
 
public class WeChatClient {  //WeChat的客户端类
    private Socket client;
    private String name;
    private InputStream in;
    private OutputStream out;
    private MassageSenter massageSenter;
    private MassageGeter massageGeter;
    class MassageGeter extends Thread{  //一个子线程类，用于客户端接收消息
        MassageGeter() throws IOException{
            in = client.getInputStream();
        }
        @Override
        public void run() {
            int len;
            byte[] bytes = new byte[1024];
            try {
                while ((len = in.read(bytes)) != -1) { //此函数是阻塞的
                    System.out.println(new String(bytes,0,len, StandardCharsets.UTF_8));
                }
            }catch (IOException e){
                System.out.println(e.toString());
            }
            System.out.println("Connection interruption");
        }
    }
    class MassageSenter extends Thread{  //一个子线程类，用于发送消息给服务器
        MassageSenter() throws IOException{
            out = client.getOutputStream();
        }
 
        @Override
        public void run() {
            Scanner scanner = new Scanner(System.in);
            try {
                while (scanner.hasNextLine()) { //此函数为阻塞的函数
                    String massage = scanner.nextLine();
                    out.write((name + " : " + massage).getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
                    if(massage.equals("//exit"))
                        break;
                }
            }catch (IOException e){
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
 
    WeChatClient(String name, String host, int port) throws IOException {//初始化，实例化发送和接收2个线程
        this.name = name;
        client = new Socket(host,port);
        massageGeter = new MassageGeter();
        massageSenter = new MassageSenter();
 
    }
 
    void login() throws IOException{//登录时，先发送名字给服务器，在接收到服务器的正确回应之后，启动线程
        out.write(name.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
        byte[] bytes = new byte[1024];
        int len;
        len = in.read(bytes);
        String answer = new String(bytes,0,len, StandardCharsets.UTF_8);
        if(answer.equals("logined!")) {
            System.out.println("Welcome to WeChat! "+name);
            massageSenter.start();
            massageGeter.start();
            try {
                massageSenter.join();//join()的作用是等线程结束之后再继续执行主线程(main)
                massageGeter.join();
            }catch (InterruptedException e){
                System.err.println(e.toString());
            }
 
        }else{
            System.out.println("Server Wrong");
        }
        client.close();
    }
 
 
    public static void main(String[] args) throws IOException{//程序入口
        String host = "127.0.0.1";
        WeChatClient client = new WeChatClient("Uzi",host,7777);
        client.login();
    }
 
}

三、服务器设计
       服务器包含3个线程类，端口监听线程，客户端接收信息线程，发送信息线程。服务器类还包含并维护着一个已经连接的用户列表，和一个待发送信息列表。
       服务器有一个负责监听端口的线程，此线程在接收到客户端的连接请求后，将连接的客户端添加进用户列表；并为每一个连接的客户端实例化一个接受信息的线程类，从各个客户端接收员信息，并存入待发送信息列表。发送信息线程查看列表是否为空，若不为空，则将里面的信息发送给用户列表的每一个用户。

复制代码
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.util.ArrayList;
 
public class WeChatServer {
    private ServerSocket server;
    private ArrayList<User> users;//用户列表
    private ArrayList<String> massages;//待发送消息队列
    private Listener listener;
    private MassageSenter massageSenter;
 
 
    class User{  //用户类，包含用户的登录id和一个输出流
        String name;
        OutputStream out;
        User(String name,OutputStream out){
            this.name = name;
            this.out = out;
        }
 
        @Override
        public String toString() {
            return name;
        }
    }
 
    private static String GetMassage(InputStream in) throws IOException{//从一个输入流接收一个字符串
        int len;
        byte[] bytes = new byte[1024];
        len = in.read(bytes);
        return new String(bytes,0,len,StandardCharsets.UTF_8);
    }
    private void UserList(){  //列出当前在线用户，调试用
        for(User user : users)
            System.out.println(user);
    }
 
    class Listener extends Thread{ //监听线程类，负则监听是否有客户端连接
        @Override
        public void run() {
            try {
                while (true) {
                    Socket socket = server.accept();//此函数是阻塞的
                    InputStream in = socket.getInputStream();
                    String name = GetMassage(in);//获取接入用户的name
                    System.out.println(name +" has connected");
                    massages.add(name+" has joined just now!!");//向聊天室报告用户连入的信息
                    OutputStream out = socket.getOutputStream();
                    out.write("logined!".getBytes(StandardCharsets.UTF_8));//发送成功建立连接的反馈
                    User user = new User(name,out);
                    users.add(user);//添加至在线用户列表
                    MassageListener listener = new MassageListener(user,in);//创建用于接收此用户信息的线程
                    listener.start();
                }
            }catch (IOException e){
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    class MassageListener extends Thread{ //接收线程类，用于从一个客户端接收信息，并加入待发送列表
        private User user;
        private InputStream in;
        MassageListener(User user,InputStream in){
            this.user = user;
            this.in = in;
        }
 
        @Override
        public void run() {
            try {
                while (true){
                    String massage = GetMassage(in);
                    System.out.println("GET MASSAGE  "+massage);
                    if(massage.contains("//exit")){ //       "/exit" 是退出指令
                        break;
                    }
                    massages.add(massage);
                }//用户退出有两种形式，输入 “//exit” 或者直接关闭程序
                in.close();
                user.out.close();
 
            }catch (IOException e){//此异常是处理客户端异常关闭，即GetMassage(in)调用会抛出异常，因为in出入流已经自动关闭
                e.printStackTrace();
            }finally {
                System.out.println(user.name+" has exited!!");
                massages.add(user.name+" has exited!!");
                users.remove(user);//必须将已经断开连接的用户从用户列表中移除，否则会在发送信息时产生异常
                System.out.println("Now the users has");
                UserList();
            }
 
        }
    }
    private synchronized void SentToAll(String massage)throws IOException{//将信息发送给每一个用户，加入synchronized修饰，保证在发送时，用户列表不会被其他线程更改
        if(users.isEmpty())
            return;
        for(User user : users){
            user.out.write(massage.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
        }
    }
 
    class MassageSenter extends Thread{//消息发送线程
 
        @Override
        public void run() {
            while(true){
                try{
                    sleep(1);//此线程中没有阻塞的函数，加入沉睡语句防止线程过多抢占资源
                }catch (InterruptedException e){
                    e.printStackTrace();
                }
                if(!massages.isEmpty()){
                    String massage = massages.get(0);
                    massages.remove(0);
                    try {
                        SentToAll(massage);
                    }catch (IOException e){
                        e.printStackTrace();
                    }
 
                }
            }
        }
    }
 
    WeChatServer(int port) throws IOException {  //初始化
        server = new ServerSocket(port);
        users = new ArrayList<>();
        massages = new ArrayList<>();
        listener = new Listener();
        massageSenter = new MassageSenter();
    }
 
    private void start(){ //线程启动
        listener.start();
        massageSenter.start();
    }
 
    public static void main(String[] args) throws IOException{
        WeChatServer server = new WeChatServer(7777);
        server.start();
    }
 
}

四、总结
       之所以需要多线程编程，是因为有的函数是阻塞的，例如：
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复制代码
while ((len = in.read(bytes)) != -1) { //此函数是阻塞的
    System.out.println(new String(bytes,0,len, StandardCharsets.UTF_8));
}

      这些阻塞的函数是需要等待其他的程序，例如scanner.hasNextLine()需要等待程序员的输入才会返回值，in.read需要等待流的另一端传输数据，使用多线程就可以在这些函数处于阻塞状态时，去运行其他的线程。所以，多线程编程的关键便是那些阻塞的函数。