【Java教程】UDP实现群聊聊天室

谁借莪１个温暖的怀抱￠ 2023-10-10 15:05 7阅读 0赞

大家好，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。

本文将会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：

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**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 + "nn";
               //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 + "nn";
               // 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。

### **四.结束语** ###

这篇文章我们使用MulticastSocket类实现了组播功能，并使用Swing和MulticastSocket制作了一个基于UDP的群聊聊天室，希望大家能够通过本篇文章了解MulticastSocket类的使用，有兴趣的朋友可以基于这个程序，为它添加更多的功能，例如：文件的发送、接收；表情图片的发送、接收等等。后面我还会为大家带来更多更实用的程序，期待大家来围观哦！谢谢大家！！

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