使用UDP实现群聊聊天室

川长思鸟来 2023-10-07 21:14 10阅读 0赞

今天为大家带来了一个非常有意思的小程序——UDP实现的群聊聊天室。这个程序使用的UDP协议，并使用DatagramSocket的子类MulticastSocket实现组播，可以部署在一个局域网内的多台电脑上，并可以实现文字群聊。

按照以下几个小节讲解：  
　　  
　　 1). 组播的概念：这个小节我们将讲解什么是：单播、广播、组播。  
　　 2). MulticastSocket类的使用：这个小节我们将讲解MulticastSocket类的基本使用，并实现控制台的信息收发。  
　　 3). 基于Swing和MulticastSocket实现的UDP群聊聊天室：\*\*这个小节我们将制作一个界面，并结合MulticastSocket类实现一个完整的UDP群聊聊天室。  
　　 4). 结束语：

**一、组播的概念**  
　　  
　　 网络数据传播按照接收者的数量，可分为以下3种方式：  
　　  
　　**1.1 单播：**  
　　  
　　 单播是指实现“点对点”的通信，发送者发送数据要发送给网络上的唯一的一台电脑，指定一个接收者。像TCP协议和UDP协议都能实现点对点通信。  
　　  
　　**1.2 广播：**  
　　  
　　 发送者发送的数据可以被某个接收范围内所有的接收者接收。它类似于广播电台，向某个范围内的所有用户发送广播信号，接收人打开广播就可以听到，关闭广播设备就停止收听。由于广播会大大增加网络数据流量，所以通常情况下一些网络路由器会禁止广播数据，尤其是一些占用网络资源比较大的视频数据等。  
　　  
　　**1.3 组播：**  
　　  
　　 组播是指发送的数据可以被指定的一组用户接收。组播的范围没有广播那么广，任何的一台电脑都可以随时加入某一个组接收组播数据。若要使用组播，则需要让一个数据报标有一组目标主机地址，当数据报发出后，整个组的所有主机都能收到该数据报。IP协议为组播提供了这批特殊的IP地址，这些IP地址的范围是224.0.0.0至239.255.255.255。在Java类库中，DatagramSocket有一个子类：MulticastSocket，它具有组播的功能，它可以与DatagramPackage结合使用，用于发送和接收组播包。  
　　  
　　**二. MulticastSocket类的使用**  
　　  
　　 Java类库中MulticastSocket类可以实现组播功能，它是DatagramSocket的子类：  
![在这里插入图片描述][cd648b2a3b044f5d97288d559c11c562.png]  
**2.1 构造方法说明**

通过API文档我们可以看到它有三个构造方法：

1. MulticastSocket() 创建一个多播套接字。(使用随机端口，如果只发送，可以使用这个构造方法)
    2. MulticastSocket(int port) 创建一个多播套接字并将其绑定到一个特定的端口。(如果需要发送和接收，需要使用这个构造方法)
    3. MulticastSocket(SocketAddress bindaddr) 创建一个多播套接字绑定到指定的套接字地址。

**2.2 成员方法说明**

以下是几个比较重要的成员方法：

1.public void joinGroup(InetAddress mcastaddr)：将该MulticastSocket加入指定的多点广播地址。
    2.public void leaveGroup(InetAddress mcastaddr让该MulticastSocket离开指定的多点广播地址。
    3.public void setInterface(InetAddress inf)：如果当前系统有多个网络接口，可以使用次方法指定一个网络接口。
    4.public InetAddress getInterface()：获取当前的网络接口。
    5.public void setTimeToLive(int ttl)：该参数设置数据报最多可以跨过多少个网络，当ttl为0时，指定数据报应停留在本地主机；当ttl的值为1时，指定数据报发送到本地局域网；当ttl的值为32时，意味着只能发送到本站点的网络上；当ttl为64时，意味着数据报应保留在本地区；当ttl的值为128时，意味着数据报应保留在本大洲；当ttl为255时，意味着数据报可发送到所有地方；默认情况下，该ttl的值为1。

**2.3 一个简单的示例**

接下来我们写一个小例子来看一下MulticastSocket的使用方式。这个程序将包含两个线程：1. 接收线程，主要用于接收信息;2. 主线程，主要用于发送信息。将这个程序部署到局域网上的几台电脑上，全部启动，就可以实现多台电脑的组播了，而且每台主机都可以发出信息，其它主机则会收到这条信息。

package com.heima.se.chat;
    
    import java.io.IOException;
    import java.net.DatagramPacket;
    import java.net.InetAddress;
    import java.net.MulticastSocket;
    import java.util.Date;
    import java.util.Scanner;
    
    public class MulticastSocketDemo {
        
        public static void main(String[] args) throws IOException {
        
            //创建MuticastSocket对象，并监听端口55555
            MulticastSocket socket = new MulticastSocket(55555);
            //加入组：235.235.235.235
            socket.joinGroup(InetAddress.getByName("235.235.235.235"));
    
            //启动线程-此线程用于接收数据报
            new Thread(()->{
        
                byte[] bytes = new byte[1024];
                DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes, bytes.length);
                while (true) {
        
                    try {
        
                        socket.receive(packet);
                        System.out.println(new String(packet.getData(), 0, packet.getLength()));
    
                    } catch (IOException e) {
        
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }).start();
    
            //获取本机IP
            String localIp = InetAddress.getLocalHost().getHostAddress();
    
            //创建一个Scanner对象，用于接收控制台数据
            Scanner sc = new Scanner(System.in);
            while (true) {
        
                System.out.println("【请输入信息】");
                String msg = sc.next();
                // 获取当前时间格式化字符串，把IP、时间，以及要发送的文本连接在一起
                String time = String.format(" <====> %tF %<tT", new Date());
                msg = localIp + time + "\n" + msg + "\n\n";
                //发送数据报
                socket.send(new DatagramPacket(msg.getBytes(),
                                                msg.getBytes().length,
                                                InetAddress.getByName("235.235.235.235"),
                                                55555));
            }
        }
    }

通过上面的程序，我们发现，MulticastSocket类的使用和DatagramSocket类基本相同，只是多了一步加入组：joinGroup()，所有加入这个组的主机都将会收到信息。

**三. 基于Swing和MulticastSocket实现的UDP群聊聊天室**  
　　  
　　 接下来我们使用Swing为这个程序制作一个界面，让用户操作起来更加方便。  
　　 这个程序我们制作了两个类：  
　　 1). ChatFrame：这个类继承自JFrame，实现了界面的显示、布局等相关功能。  
　　 2). SocketChat：这个类继承自ChatFrame，加入了MulticastSocket的连接、信息发送和接收。  
　　3.1 界面ChatFrame类

package com.heima.se.chat;
    
    import javax.swing.*;
    import java.awt.*;
    import java.awt.event.*;
    import java.net.InetAddress;
    
    public abstract class ChatFrame extends JFrame {
        
        private JTextArea receiveArea = new JTextArea();//接收文本框，用来显示服务器发送过来的文本
        private JTextArea sendArea = new JTextArea();//发送文本框，用来显示当前用户要发送的文本
    
        private JButton sendBtn = new JButton("SEND");//发送按键
    
        public ChatFrame() {
        
            this.initFrame();//初始化窗口
            this.initComponent();//初始化组件
            this.initListener();//初始化监听器
            this.receive();//开启监听服务器线程，把接收到的文本显示在receiveArea中
        }
    
        // 初始化监听器
        private void initListener() {
        
            // 给发送按键添加监听器，当被点击时调用send()方法
            sendBtn.addActionListener(new ActionListener() {
        
                public void actionPerformed(ActionEvent evt) {
        
                    send();
                }
            });
    
            // 给发送文本框添加键盘监听器，当按下Ctrl+ENTER时调用send()方法
            sendArea.addKeyListener(new KeyAdapter() {
        
                public void keyPressed(KeyEvent e) {
        
                    if(e.isControlDown()) {
        
                        if(e.getKeyCode() == KeyEvent.VK_ENTER) {
        
                            send();
                        }
                    }
                }
            });
        }
    
        // 子类需要重写本方法
        // 在本方法中使用socket实现消息发送
        public abstract void sendText(String text);
    
        // 子类需要重写本方法
        // 在本方法中启动监听服务器线程，调用本类receiveText(String)把接收到的文本显示出来
        public abstract void receive();
    
        // 本方法用来发送文本
        public void send() {
        
            // 如果发送文本框中没有文本，弹出警告对话框
            if(sendArea.getText().equals("")) {
        
                javax.swing.JOptionPane.showMessageDialog(this, "空文本不能发送！");
                sendArea.requestFocus();// 把光标归还给发送文本框
                return;
            }
    
            // 调用子类的方法完成文本发送
            sendText(sendArea.getText());
            // 把发送文本框内容清空
            sendArea.setText(null);
        }
    
        // 本方法完成接收服务器消息的后续工作-在文本框中显示服务器消息，子类的receive()方法在接收服务器消息后可以调用本方法
        public void receiveText(String text) {
        
            receiveArea.append(text);//把接收到的消息添加到文本框中
            // 设置光标位置到最后，如果不设置滚动条不动
            receiveArea.setCaretPosition(receiveArea.getText().length());
        }
    
        // 初始化组件
        private void initComponent() {
        
            // 使用接收文本框创建滚动窗口(把文本框添加到了滚动窗口中)，总是显示纵向滚动条，永不显示横向滚动条
            JScrollPane sp1 = new JScrollPane(receiveArea, JScrollPane.VERTICAL_SCROLLBAR_ALWAYS,
                    JScrollPane.HORIZONTAL_SCROLLBAR_NEVER);
            // 设置滚动窗口大小、位置、无边框；并把滚动窗口添加到主窗口中
            sp1.setSize(606, 350);
            sp1.setLocation(14, 20);
            sp1.setBorder(null);
            this.add(sp1);
    
            // 设置接收文本框背景色、不可编辑、自动换行
            receiveArea.setBackground(new Color(238, 238, 238));
            receiveArea.setEditable(false);
            receiveArea.setLineWrap(true);
    
            // 创建发送文本框的滚动窗口，设置自动换行、大小、位置，然后添加到主窗口中
            JScrollPane sp2 = new JScrollPane(sendArea, JScrollPane.VERTICAL_SCROLLBAR_ALWAYS,
                    JScrollPane.HORIZONTAL_SCROLLBAR_NEVER);
            sendArea.setLineWrap(true);
            sp2.setSize(606, 145);
            sp2.setLocation(14, 400);
            this.add(sp2);
    
            // 设置发送按键的大小、位置，并添加到主窗口中
            sendBtn.setSize(68, 21);
            sendBtn.setLocation(553, 560);
            this.add(sendBtn);
    
            // 设置主窗口的标题为当前IP地址
            try {
        
                this.setTitle(InetAddress.getLocalHost().getHostAddress());
            } catch (Exception e) {
        
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    
        // 初始化主窗口
        private void initFrame() {
        
            // 设置主窗口的大小、布局管理器为空、背景色、位置、大小不可改变
            this.setSize(640, 620);
            this.setLayout(null);
            this.setBackground(new Color(246, 246, 247));
            this.setLocation(350, 50);
            this.setResizable(false);
    
            // 设置主窗口的“X”按钮点击后结束程序
            this.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
        }
    
        // 显示主窗口方法
        public void setVisible(boolean b) {
        
            super.setVisible(b);//调用父类的显示方法
            sendArea.requestFocus();//让发送文本框得到焦点
        }
    }

这个类中定义了很多抽象方法，这些抽象方法由子类实现。

**3.2 组播聊天SocketChat类**

package com.heima.se.chat;
    
    import java.io.IOException;
    import java.net.DatagramPacket;
    import java.net.InetAddress;
    import java.net.MulticastSocket;
    import java.util.Date;
    
    /**
     * 本类继承了ChatFrame，ChatFrame实现了GUI显示
     * 本类负责使用MulticastSocket完成群聊的发送消息与接收消息
     */
    public class SocketChat extends ChatFrame {
        
        private MulticastSocket socket;//群组Socket
    
        public SocketChat() throws IOException {
        
            socket = new MulticastSocket(54321);//创建群组Socket，绑定54321端口
            //加入虚拟IP：235.235.235.235指定的群组中。虚拟IP范围是：224.0.0.1 和 239.255.255.255
            //加入群组后，就可以接收群组的消息，也可以向群组发送消息了
            socket.joinGroup(InetAddress.getByName("235.235.235.235"));
        }
    
        // 发送消息方法
        public void sendText(String text) {
        
            try {
        
                // 获取IP地址
                String ip = InetAddress.getLocalHost().getHostAddress();
                // 获取当前时间格式化字符串
                String time = String.format(" <====> %tF %<tT", new Date());
                // 把IP、时间，以及要发送的文本连接在一起
                text = ip + time + "\n" + text + "\n\n";
                // 把文本转换成字节数组
                byte[] buff = text.getBytes();
                // 使用socket向群组发送，socket的send()方法需要两个参数：DatagramPacket、端口号
                // DatagramPacket表示数据包，创建它需要三个参数：数据包的内容、数据包的字节数、要发送的IP地址
                socket.send(new DatagramPacket(buff, buff.length, InetAddress.getByName("235.235.235.235"), 54321));
            } catch(Exception e) {
        
                e.printStackTrace();
            }
        }
    
        // 本方法用来接收群组发送过来的消息
        public void receive() {
        
            // 创建监听群组消息的线程，并启动它
            new Thread() {
        
                public void run() {
        
                    // 循环监听
                    while(true) {
        
                        try {
        
                            // 创建数据包的字节数组，大小为1KB
                            byte[] buff = new byte[1024];
                            // 创建数据包
                            DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buff, buff.length);
                            // 接收群组发送过来的消息到数据包中
                            // 本方法会阻塞当前线程，直到接收到消息为止
                            socket.receive(dp);
                            // 把接收到的消息转换成字符串
                            String text = new String(dp.getData(), 0, dp.getLength());
                            // 调用父类的方法完成显示
                            receiveText(text);
                        } catch(Exception e) {
        }
                    }
                }
            }.start();
        }
    
        public static void main(String[] args) throws IOException {
        
            SocketChat sc = new SocketChat();
            sc.setVisible(true);
        }
    }

这个类使用MulticastSocket，使用端口：54321，组播地址：235.235.235.235。当用户在界面按下send按钮时，会触发sendText()方法发送数据;receive()方法用于使用线程接收数据，它是在父类的构造方法中被触发启动，启动后，使用无限循环进行信息的接收。  
　  
**Java基础入门：**

[**java零基础自学首Java入门教程（含Java项目和Java真题）**][java_Java_Java_Java]

**Javaweb核心基础**

[**JavaWeb基础教程，Java web从入门到企业实战完整版**][JavaWeb_Java web]

**Spring Cloud最全微服务架构**：

[**史上最全面的springcloud微服务技术栈**][springcloud]

**SSM框架教程：**

[**SSM框架教程\_Spring+SpringMVC+Maven高级+Spring**][SSM_Spring_SpringMVC_Maven_Spring]

**SpringBoot2全套视频教程：**

[**SpringBoot2全套视频教程，springboot零基础到项目实战**][SpringBoot2_springboot]

[cd648b2a3b044f5d97288d559c11c562.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/cd648b2a3b044f5d97288d559c11c562.png
[java_Java_Java_Java]: https://www.bilibili.com/video/BV1Cv411372m?spm_id_from=333.999.0.0
[JavaWeb_Java web]: https://www.bilibili.com/video/BV1Qf4y1T7Hx?spm_id_from=333.999.0.0
[springcloud]: https://www.bilibili.com/video/BV1LQ4y127n4?spm_id_from=333.999.0.0
[SSM_Spring_SpringMVC_Maven_Spring]: https://www.bilibili.com/video/BV1Fi4y1S7ix?spm_id_from=333.999.0.0
[SpringBoot2_springboot]: https://www.bilibili.com/video/BV15b4y1a7yG