簡單的即時通信軟件

1、河南理工大學萬方科技學院課程設計報告2015 2016學年第二學期課程名稱計算機網(wǎng)絡設計題目 簡單的即時通信軟件姓 名學 號專業(yè)班級 15級計科專升本指導教師張靜2016年6月25日 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 一、任務分析與方案設計0 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 任務分析1 HYPERLINK l bookmark31 o Current Document 方案設計1 HYPERLINK l bookmark35 o Current Document 二

2、、需求分析1 HYPERLINK l bookmark39 o Current Document 功能需求分析 1 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 數(shù)據(jù)需求分析2 HYPERLINK l bookmark53 o Current Document 性能需求分析2 HYPERLINK l bookmark61 o Current Document 運行需求分析3 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 三、開發(fā)環(huán)境與工具3 HYPERLINK l bookmark70 o Current Docume

3、nt 設計環(huán)境3 HYPERLINK l bookmark74 o Current Document 1.1 eclipse開發(fā)平臺介紹4基礎知識4 HYPERLINK l bookmark77 o Current Document 2.1java Socket網(wǎng)絡編程簡介 4 HYPERLINK l bookmark82 o Current Document 2.2套接字的介紹 5 HYPERLINK l bookmark85 o Current Document 2.3 TCP/IP協(xié)議簡介 5 HYPERLINK l bookmark88 o Current Document 四、關(guān)鍵技

4、術(shù)與理論6 HYPERLINK l bookmark92 o Current Document JAVA編程技術(shù)6 HYPERLINK l bookmark96 o Current Document Java Socket 網(wǎng)絡編程接口 6 HYPERLINK l bookmark100 o Current Document 五、相關(guān)圖解及程序7 HYPERLINK l bookmark104 o Current Document 體系結(jié)構(gòu)設計7 HYPERLINK l bookmark107 o Current Document 具體功能模塊的分析8六、測試及結(jié)果分析10 HYPERLINK

5、 l bookmark111 o Current Document 七、心得體會12 HYPERLINK l bookmark114 o Current Document 八、 參考文獻13一、任務分析與方案設計1 .任務分析計算機網(wǎng)絡被應用于我們生活中的方方面面，可以說是網(wǎng)絡讓我們的生活變 得更加美好，更加方便和快捷，我們的生活離不開網(wǎng)絡基于局域網(wǎng)的即時通信軟件的核心技術(shù)其實與基于Internet的即時通信軟 件的設計技術(shù)是一樣的，只是規(guī)模比較小?；贗nternet的通信工具一般采用 TCP或者UDP協(xié)議來實現(xiàn)的，開發(fā)技術(shù)已經(jīng)非常成熟，它們不僅實現(xiàn)了即時聊天、 文件傳輸?shù)裙δ?，而且還能夠?qū)?/p>

6、現(xiàn)即時視頻、語音聊天功能等。在局域網(wǎng)內(nèi)，這 類軟件的設計比在Internet中設計更為簡單。因為Internet是網(wǎng)絡中的網(wǎng)絡， 結(jié)構(gòu)更為復雜，遇到的情況要比在局域網(wǎng)中還要多。所以說局域網(wǎng)的聊天工具的 設計要相對簡單些。而且即時通信是一個終端連往一個即時通信網(wǎng)絡的服務。即時通信不同于 e-mail在于它的交談是實時的。大部分的即時通信服務提供了presenceawareness的特性一一顯示聯(lián)絡人名單，聯(lián)絡人是否在線與能否和聯(lián)絡人交談。方案設計程序采用JAVA編程，利用java強大的基礎類庫，調(diào)用java中界面開發(fā)的 swing和網(wǎng)絡編程的net函數(shù)群來完成本次的java socket （網(wǎng)絡

7、套接字）網(wǎng)絡 即時通信工具的開發(fā)。在java中，可以把發(fā)送的信息看成是一個一個的對象， 當我們利用socket鏈接把客戶端和服務器鏈接起來后，他們之間就可以以對象 流的形式發(fā)送彼此需要通信的信息了。在java網(wǎng)絡編程中，最為核心的就是客 戶端和服務器相互取得socket的鏈接，只要能夠能夠取得鏈接，其他的工作基 本上都是java的面向?qū)ο蟮木幊趟枷肴ネ瓿梢恍┚W(wǎng)絡通訊的業(yè)務邏輯的處理。二、需求分析功能需求分析用戶端之間的信息發(fā)送，本程序需要實現(xiàn)的最基本的功能。用戶在界面上 可以將自己需要發(fā)送的信息填入相應的對話框中，點擊發(fā)送按鈕后，可以將信息 正常的發(fā)送給相應的其它用戶，這個過程中的客戶端與客戶

8、端之間使用點對點發(fā) 送信息，預計利用TCP/IP協(xié)議中的UDP協(xié)議，在本程序中共需要3個端口，此 功能預計使用3號端口。在線用戶主機IP列表的維護。在用戶發(fā)送信息之前，需要選擇相應的目的 地端IP，這也就需要客戶端擁有在線用戶主機的IP地址，這個在線主機列表的 維護是需要客戶端定時自動向服務器端發(fā)送信息，服務器端收集并維護在線用戶 列表，再發(fā)送回客戶端。需要在客戶端和服務器端都使用定時器來完成此功能。 此功能預計使用1、2號端口。在C/S模式中，服務器與客戶端是相互依賴的。在客戶端啟用以后，需要 查看服務器端是否在線，服務器在線才能正常使用客戶端，如果服務器不在線， 則在檢測一定次數(shù)以后自動退

9、出客戶端程序。在使用過程中，客戶端在指定時間 內(nèi)未向服務器端發(fā)送信息的，服務器認為客戶端下線；客戶端在一定時間內(nèi)未收 到服務器端信息的，認為服務器已經(jīng)下線，則提示用戶并建議退出，在用戶一定 時間后沒有退出的則自動關(guān)閉客戶端程序。2 .數(shù)據(jù)需求分析客戶端之間聊天信息。在控件上顯示時格式化，更易于用戶的查看自己發(fā) 送或接收到的信息。在線用戶聊天信息。服務器端存放在適當?shù)目臻g中，在發(fā)送給客戶端時， 對信息列表進行格式化，便于客戶端提取信息。客戶端向服務器端發(fā)送的確認在線信息。包括客戶端剛剛啟動時的初始化 信息和在使用過程中的確認在線信息。其它程序內(nèi)部可能需要設計的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體。性能需求分析可靠性高，能

10、在由于系統(tǒng)問題或其它原因產(chǎn)生錯誤后，作出相對應處理， 比如網(wǎng)絡初始化失敗、服務器不在線等，可以提示用戶安全退出本程序，在出現(xiàn) 不可知的錯誤以后，可以盡量安全的退出程序。在程序的設計過程中，要求能盡 可能多的設想到用戶使用過程中可能發(fā)生的事件，并能在判斷事件后做出相應的 處理，使程序具有較高的容錯性能。（2）宜操作性，程序簡單易懂，容易上手使用。設計界面是，簡化界面的復雜 性，模擬QQ等現(xiàn)有即時通訊工具的界面，使用戶能很容易看懂并使用。（3）開發(fā)文檔易理解，保證以后自己二次開發(fā)或他人接手開發(fā)時，能夠清晰的 理解整個系統(tǒng)的設計思路和實現(xiàn)細節(jié)。（4）模塊化設計此軟件的功能，不同的模塊實現(xiàn)不同的功能，

11、使得軟件易于以 后的維護與擴展，在以后可以更好的完善本軟件的功能，更方便于在工作中的應 用。4 .運行需求分析（1）用戶界面程序較小，啟動速度快?？稍诰W(wǎng)絡中使用，有注冊功能，需進行用戶登錄。 啟動后的應用界面要清爽，設計要簡單明了，要具有較高的易用性。（2）故障處理在遇到可預知的故障與情況時，能提示用戶并自動退出；在遇到不可預知的 故障時能安全退出。三、開發(fā)環(huán)境與工具設計環(huán)境開發(fā)程序的操作系統(tǒng)：Windows?（在Windows XP、2000里也可以）編譯工具：eclipse程序工程：JAVA工程，Server和Client網(wǎng)絡環(huán)境：局域網(wǎng)（或互聯(lián)網(wǎng)上運用，只要安裝客戶端并且知道服務器端的I

12、P）l.leclipse開發(fā)平臺介紹Eclipe是著名的跨平臺的自由集成開發(fā)環(huán)境（IDE）。主要用來Java語言開 發(fā)。Eclipse的本身只是一個框架平臺，但是眾多插件的支持，使得Eclipse擁有 較佳的靈活性。許多軟件開發(fā)商都以Eclipse為框架開發(fā)自己的IDE。另外由于eclipse是開源的，所以得到了廣大用戶的認可。Eclipse也于2001 年11月被它的開發(fā)公司IBM公司貢獻給開源社區(qū)，現(xiàn)在它由非營利軟件供應商 聯(lián)盟 Eclipse 基金會（Eclipse Foundation）管理?；A知識2.1java Socket網(wǎng)絡編程簡介Socket有兩種主要的操作方式:面向連接的和

13、無連接的。面向連接的sockets 操作就像一部電話，他們必須建立一個連接和一人呼叫。所有的事情在到達時的 順序與它們出發(fā)時的順 序時一樣。無連接的sockets操作就像是一個郵件投遞， 沒有什么保證，多個郵件可能在到達時的順序與出發(fā)時的順序不一樣。到底用哪種模式是郵應用程序的需要決定的。如果可靠性更重要的話，用面 向連接的操作會好一些.比如文件服務器需要他們的數(shù)據(jù)的正確性和有序性。如 果一些數(shù)據(jù)丟失了，系統(tǒng)的有效性將會失去。一些服務器，比如間歇性地發(fā)送一 些數(shù)據(jù)塊，如果數(shù)據(jù)丟了的話，服務器并不想要再重新發(fā)過一次，因為當數(shù)據(jù)到 達的時候，它可能已經(jīng)過時了 .確保數(shù)據(jù)的有序性和正確性需要額外的操

14、作的內(nèi) 存消耗，額外的費用將會降低系統(tǒng)的回應速率。無連接的操作使用數(shù)據(jù)報協(xié)議。一個數(shù)據(jù)報是一個獨立的單元，它包含了所 有的這次投遞的信息。把它想象成一個信封吧，它有目的地址和要發(fā)送的內(nèi)容。 這個模式下的socket不需要連接一個目的的socket，它只是簡單地投出數(shù)據(jù) 報。無連接的操作是快速的和高效的，但是數(shù)據(jù)安全性不佳。面向連接的操作使用TCP協(xié)議。一個這個模式下的socket必須在發(fā)送數(shù) 據(jù)之前與目的地的socket取得一個連接。一旦連接建立了，sockets就可以使用 一個流接口：打開（-讀-寫-關(guān)閉）。所有的發(fā)送的信息都會在另一端以同樣的順 序被接收.面向連接的操作比無連接的操作效率更

15、低，但是數(shù)據(jù)的安全性更高。java降低了建立一個sockets程序的難度。每一個傳輸模式都被封裝到了 不同的類中。面向連接的類將會首先被我們討論。到底用哪種模式是郵應用程序 的需要決定的。如果可靠性更重要的話，用面向連接的操作會好一些。比如文件 服務器需要他們的數(shù)據(jù)的正確性和有序性。如果一些數(shù)據(jù)丟失了，系統(tǒng)的有效性 將會失去。一些服務器，比如間歇性地發(fā)送一些數(shù)據(jù)塊，如果數(shù)據(jù)丟了的話，服 務器并不想要再重新發(fā)過一次。因為當數(shù)據(jù)到達的候，它可能已經(jīng)過時了。確保 數(shù)據(jù)的有序性和正確性需要額外的操作的內(nèi)存消耗，額外的費用將會降低系統(tǒng)的 回應速率.2.2套接字的介紹多個TCP連接或多個應用程序進程可能需

16、要通過同一個TCP協(xié)議端口傳輸 數(shù)據(jù)。為了區(qū)別不同的應用程序進程和連接，許多計算機操作系統(tǒng)為應用程序與 TCP / IP協(xié)議交互提供了稱為套接字(Socket)的接口。套接字，是支持TCP/IP的網(wǎng)絡通信的基本操作單元，可以看做是不同主機 之間的進程進行雙向通信的端面點，簡單的說就是通信的兩方的一種約定，用套 接字中的相關(guān)函數(shù)來完成通信過程非常非常簡單的舉例說明下：Socket=Ipaddress+ TCP/UDP port.應用層通過傳輸層進行數(shù)據(jù)通信時，TCP和UDP會遇 到同時為多個應用程序進程提供并發(fā)服務的問題。2.3 TCP/IP協(xié)議簡介TCP/IP協(xié)議實際上就是在物理網(wǎng)上的一組完整

17、的網(wǎng)絡協(xié)議。其中TCP是提 供傳輸層服務，而IP則是提供網(wǎng)絡層服務。TCP/IP主要包括以下協(xié)議：IP：網(wǎng)間協(xié)議(Internet Protocol)，負責主機間數(shù)據(jù)的路由和網(wǎng)絡上數(shù)據(jù) 的存儲。同時為ICMP，TCP，UDP提供分組發(fā)送服務。用戶進程通常不需要涉及 這一層。ICMP:網(wǎng)間報文控制協(xié)議(Internet Control Message Protocol)此協(xié)議處 理網(wǎng)關(guān)和主機的差錯和傳送控制。TCP：傳輸控制協(xié)議(Transmission Control Protocol)這是一種提供給用 戶進程的可靠的全雙工字節(jié)流面向連接的協(xié)議。它要為用戶進程提供虛電路服 務，并為數(shù)據(jù)可靠傳輸

18、建立檢查。四、關(guān)鍵技術(shù)與理論JAVA編程技術(shù)Java是Sun公司推出的一種編程語言。它是一種通過解釋方式來執(zhí)行的語 言，語法規(guī)則和C+類似。同時，Java也是一種跨平臺的程序設計語言。用Java 語言編寫的程序叫做“Applet”(小應用程序)，用編譯器將它編譯成類文件后， 將它存在WWW頁面中，并在HTML檔上作好相應標記，用戶端只要裝上Java的客 戶軟件就可以在網(wǎng)上直接運行“Applet”。Java非常適合于企業(yè)網(wǎng)絡和Internet 環(huán)境，現(xiàn)在已成為Internet中最受歡迎、最有影響的編程語言之一。Java有 許多值得稱道的優(yōu)點，如簡單、面向?qū)ο?、分布式、解釋性、可靠、安全、結(jié)構(gòu)Ja

19、va Socket網(wǎng)絡編程接口事實上網(wǎng)絡編程，簡單的理解就是兩臺計算機相互通訊數(shù)據(jù)而已。對于程序 員而言，去掌握一種編程接口并使用一種編程模型相對就會顯得簡單的多了。 Java sdk提供一些相對簡單的api來完成這些工作，socket就是其中之一。對于java而言，這些api存在于這個包里面。因此，只要導入這 個包就可以準備網(wǎng)絡編程了。網(wǎng)絡編程的基本模型就是客戶機到服務器模型。簡 單的說，就是兩個進程之間相互通訊，然后其中一個必須提供一個固定的位置， 而另一個則只需要知道這個固定的位置，并去建立兩者之間的聯(lián)系。然后完成數(shù) 據(jù)的通訊就可以了。這里提供固定位置的通常稱為服務器，而建立聯(lián)系的通常叫

20、 做客戶端?；谶@個簡單的模型，就可以進入網(wǎng)絡編程.對于java而言已經(jīng)簡化了 socket的編程接口。首先需要確定有關(guān)提供固定 位置的服務方是如何建立的。java提供了 serversocket來對其進行支持。事實 上當創(chuàng)建該類的一個實力對象并提供一個端口資源，就建立了一個固定位置可以 讓其他計算機來訪問。serversocket server=new serversocket(6789);這里稍微要注意的是端口的分配必須是唯一的。因為端口是為了唯一標識每 臺計算機唯一服務的。另外端口號是從065535之間的，前1024個端口已經(jīng)被 tcp/ip作為保留端口，因此，分配的端口只能是1024個

21、之后的。有了固定位置， 現(xiàn)在所需要的就是一根連接線了。該連接線由客戶方首先提出要求。因此java 同樣提供了一個socket對象來對其進行支持。只要客戶方創(chuàng)建一個socket的實 例對象進行支持就可以了。socket client二new socket(inetaddress.getlocalhost()， 5678);客戶機必須知道有關(guān)服務器的ip地址。對于這一點，java也提供了一個相 關(guān)的類inetaddress。該對象的實例必須通過它的靜態(tài)方法來提供。它的靜態(tài)方 法主要提供了得到本機ip和通過名字或ip直接得到inetaddress的方法。i/o操作總是和網(wǎng)絡編程息息相關(guān)的。因為底層的

22、網(wǎng)絡是繼續(xù)數(shù)據(jù)的。除非 遠程調(diào)用，處理問題的核心在執(zhí)行上。否則，數(shù)據(jù)的交互還是依賴于io操作的。所以，你也必須導入java.io這 個包。java的io操作也不復雜。它提供了針對于字節(jié)流和Unicode的讀者和寫 者，然后也提供了一個緩沖用于數(shù)據(jù)的讀寫。bufferedreader in=new bufferedreader(new inputstreamreader(server.getinputstream();printwriter out=new printwriter(server.getoutputstream();上面兩句就是建立緩沖并把原始的字節(jié)流轉(zhuǎn)變?yōu)閡nicode可以操作。

23、而原始 的字節(jié)流來源于 socket 的兩個方法，getinputstream()和 getoutputstream() 方法，分別用來得到輸入和輸出。五、相關(guān)圖解及程序1.體系結(jié)構(gòu)設計一般的通信工具，都采用客戶端/服務器體系結(jié)構(gòu)。客戶端/服務器的結(jié)構(gòu)包 含：客戶端和服務端。客戶端訪問和處理服務器上的數(shù)據(jù)，服務器接收和處理客 戶端的數(shù)據(jù)請求。這種模式的好處就是可以將一個系統(tǒng)分為兩個獨立的部分進行 開發(fā)設計，便于軟件開發(fā)。而且也把一個軟件的功能交給兩個部分去完成，則更 加有效的利用了系統(tǒng)資源。具體功能模塊的分析由于該系統(tǒng)采用c/s模式，所以對功能模塊進行劃分時，就需要分服務器和 客戶端兩部分進行

24、。由于服務器的主要功能是等待接收并反饋客戶端的信息，所以服務器需要信 息輸出模塊和通信模塊。其中通信模塊包含信息發(fā)送模塊和信息接收模塊。而信 息輸出模塊要做到當信息發(fā)生改變時及時更新。客戶端同樣也需要通信模塊和信 息輸出模塊，同時要互相通信，就要具備輸入輸出。具體模塊劃分見下圖：監(jiān)聽客戶端的通訊。接受客戶端請求。服務器端開放端口，得帶 每個客戶端連接.客戶端A發(fā)送信息客戶端B發(fā)送信息六、測試及結(jié)果分析七、心得體會即時通信是是網(wǎng)絡發(fā)展的必然趨勢，它的技術(shù)仍然在不斷的改進和蓬勃發(fā)展 中。本次設計雖然實現(xiàn)了簡單的即時通信功能，但是從很多方面來說都是不完善 的：實現(xiàn)了字符聊天卻沒有實現(xiàn)多媒體即時通信；

25、實現(xiàn)了同步套接字聊天和異步 套接字傳送文件卻沒有實現(xiàn)更科學的異步套接字聊天和同步套接字傳送文件。由于之前沒有學過Java，所以對Eclipse編程環(huán)境幾乎是一無所知，在程序 編譯過程中遇到的問題比較多，主要是對那些錯誤還有警告開始都不知道什么意 思，花了兩天的時間在程序的調(diào)試上面。另外就是一些概念性的知識欠缺，尤其 是套接字編程原理，所以對程序的一些函數(shù)的功能用法有些模糊。其實遇到的種種問題主要是兩方面的原因。一個是基礎知識的掌握不夠牢 固，概念的混淆，不能夠很快的用最佳的方式去解決遇到的問題等等，都是由于 知識的不熟練導致。另一個就是Java部分知識的缺乏，導入文件還有一些參數(shù) 的選擇都要查

26、詢一下資料，主要是第一次操作這方面的知識。針對這些問題，主 要從兩個方面著手處理應該，一方面是多對所學過的知識強化溫習，做到熟能生 巧，溫故知新。另一方面就是準備的不夠充分，之前應該及早的對所需軟件進行 熟悉，在以后的實習過程中需要注意。經(jīng)過這次課程設計，我們收獲了很多，也學習到了很多。使我對網(wǎng)絡的 TCP/IP協(xié)議和網(wǎng)絡中實現(xiàn)主機之間的相互通信的方法有了一定的了解和體會。 通過這次編程，也加深了對網(wǎng)絡編程特別是WinSock編程的理解。同時對java 的一些編程技術(shù)的實現(xiàn)也有了更深入的了解。學到了到底一些功能要用哪些規(guī)定 的函數(shù)來實現(xiàn)，以及在用這些函數(shù)的時候要注意哪些東西，比如說，要引用規(guī)定 的函數(shù)包，設定規(guī)定的變量、組件，并且在引用的時候需要注意的東西等。同時 也深刻體會到SOCKET編程的基礎性，多樣化。由于與網(wǎng)絡緊密聯(lián)系，SOCKET 編程的也可能出現(xiàn)各種未知的問題，需要我