JAVA推技术聊天室的实现

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Java 应用服务器浏览器 Socket 多线程

基于推技术的聊天室在国内现在已经比较常见。这种聊天室最大的特点是不使用浏
览器每格一段时间就刷新的方式，而让服务器不定时往客户端写聊天的内容。当有人发
言时，屏幕上才会出现新聊天内容，而且聊天内容是不断向上滚动的，如果浏览器状态
栏在的话，可以看到进度条始终处于下载页面状态。即使这种聊天室容纳上百人，性能
不会明显的降低。而以往的CGI或活动服务器端脚本做的聊天室性能明显就不行了。
　　推技术的聊天室聊天室基本原理是，不使用HTTPD服务器程序，由自己的Socket程序
监听服务器的80端口，根据html规范，在接收到浏览器的请求以后，模仿www服务器的响
应，将聊天内容发回浏览器。在浏览器看来就象浏览一个巨大的页面一样始终处于页面
接收状态。也就是说，我们不再使用CGI等方式来处理聊天的内容，而采用我们自己的程
序来处理所有的事务。实际上它就是一个专门的聊天服务器，即一个简化了的专门用于
聊天的WWW服务器。
　　在具体讨论程序的实现之前，我们先来解析一下相关的技术。
◆http请求和应答过程
　　http协议是浏览器与WWW服务器之间通信的标准，Socket聊天服务器应当遵守这个协
议。实际上，我们只需要使用其中的一小部分就可以了。
　　http使用了C/S（客户/服务器）模式，其中浏览器是http客户，浏览某个页面实际
上就是打开一个Socket连接，发送一个请求到WWW服务器，服务器根据所请求的资源发送
应答给浏览器，然后关闭连接。客户和服务器之间的请求和应答有一定的格式要求，只
要按照这个格式接收请求发送应答，浏览器就会正常的显示你所需要的的内容。
　　请求和应答具有类似的结构，包括：
　　? 一个初始行
　　? 0个或多个header lines
　　? 一个空行
　　? 可选的信息
　　我们看看一个浏览器发出的请求：
　　当我们浏览网页http://www.somehost.com/path/file.html的时候，浏览器首先打
开一个到主机www.somehost.com的80端口的socket，然后发送以下请求：
　　GET /path/file.html HTTP/1.0
　　From: someuser@somehost.com
　　User-Agent: Mozilla/4.0 （compatible; MSIE 5.0; Windows NT 5.0; DigExt）

　　[空行]
　　第一行GET /path/file.html HTTP/1.0是我们需要处理的核心。由以空格分隔的三
部分组成，方法（method）：GET，请求资源：/path/file.html，http版本：HTTP/1.0
。
　　服务器将会通过同一个socket用以下信息回应：
　　HTTP/1.0 200 OK
　　Date: Fri, 31 Dec 1999 23:59:59 GMT
　　Content-Type: text/html
　　Content-Length: 1354
　　<html>
　　<body>
　　<h1>Hello world!</h1>
（其他内容）...
　　</body>
　　</html>
　　第一行同样也包括三部分：http版本，状态码，与状态码相关的描述。状态码200表
示请求成功。
　　发送完应答信息以后，服务器就会关闭socket。
◆服务器模型
　　一般网络服务器主要分为两种：
　　（1）循环服务器（iterative server）：它是一个时刻只能处理一个请求的服务器
，多个请求同时到来将会放在请求队列里。TCP套接字服务器一般很少采用循环方式，因
为假如某个客户和服务器的连接出了问题，会导致整个服务器挂掉。它常为UDP套接字服
务器所采用。
　　（2）并发服务器（concurrent server）：在每个请求到来以后分别产生一个新进
程来处理这个请求所产生的连接。TCP的Socket服务器大多采用并发方式提供服务。
　　并发服务器有多种实现方法：
　　i 服务器和每个接收到的客户机进行连接，创建一个新的子进程处理这个客户机请
求。
　　ii 服务器预先创建多个子进程，由这个子进程处理客户机请求。这种方式被称为“
预创建（prefork）”服务器。
　　iii 服务器用函数select实现对多个客户机连接的多路复用。
　　iv 超级服务器（inet）激活的服务器。
　　并发服务器由于其算法而具有与生俱来的快速响应优势，而且当某一个用户与服务
器通信死锁不会影响其他进程，但由于多个进程之间需要通过进程间通信实现信息交换
，而且fork新进程所带来的开销随着用户数量的增加越来越大，因此原始的并发服务器
并不一定是最好的选择。JAVA语言给我们带来的方便的线程机制，使我们可以用多线程
来代替多进程，实现并发服务器，为我们进行快速的商业版本的聊天室的开发提供了优
势。
　　值得注意的是，在linux下，JAVA并没有实现真正的多线程，本质上仍然是多进程。

◆POST与GET
　　提交form表单信息一般常用的有两种：POST或者GET。POST由于长度不受限制，而作
为大多数form提交时使用的方法。GET方法通过URL来发送提交信息，由于URL被WWW服务
器限制了长度，一般最长只能为1024字节，所以如果发送信息很长的话，就不能使用这
种方法。
　　由于我们对聊天内容有长度限制，不会太长，而且普通浏览页面使用GET方法，使用
GET方法提交form表单可以简化处理过程，所以我们可以使用这种方法来提交聊天内容。
我们感到美中不足的是GET方法将提交的内容简单的附在连接后边，我们如果能够将提交
的内容进行HTML编码的话，就可以让客户舒服点了。
◆用JAVA实现并发SOCKET通信
　　如果以前做过C的SOCKET编程，那么这一段对你来说将不是什么难事。利用JAVA的多
线程机制我们可以非常方便的实现并发服务。
　　每当我们知道服务器主程序创建一个新的套接字连接（即成功地调用了accept（）
方法）的时候，就启动一个新的线程来负责本服务器和该客户之间的连接，主程序将返
回并等待下一个连接。为了实现这个方案，本服务器主循环应该采用如下形式：
程序代码：
　　while(true)
　　{ Socket newjoin=s.accept();
　　Tread t=new ThreadedChatHandle(newjoin);
　　t.start();
　　}
　　ThreadedChatHandle类是从Thread类衍生出的处理聊天过程的子类，它的run（）方
法包括了服务器和客户的通信循环――判断客户的请求（例如登录、发言、刷新在线列
表），处理发言数据，发送聊天信息等等。下面是一个服务器程序的例子，可以帮助初
学者尽快理解。
程序代码：
　　import java.io.*;
　　import java.net.*;
　　public class ChatServer
　　{ public static void main(String[] args)
　　{ int I=1;
　　try
　　{ServerSocket s=new ServerSocket(8080);
　　/*创建一个监视8080端口的服务器套接字，如果需要，你可以改成80端口*/
　　for(;;)
　　{ Socket newjoin=s.accept();
　　/*等待一个连接。如果这个连接没有被创建，本方法阻塞当前线程。返回值是一个
Socket对象，服务器程序利用这个对象可以与连接的客户通信。*/
　　 System.out.println(“新连接”+i);
　　 new ThreadedChatHandle(newjoin,i).start();
　　/* ThreadedChatHandle(Socket theS,int c)是我们自己定义的聊天服务类，这个
类在后边我们有进一步描述*/
　　　　　　 i++;
　　}
　　}
　　catch(Exception e)
　　{ System.out.println(e);
　　}
　　}
　　……
　　}

　　多进程（线程）并发服务的一个关键问题是，如何实现进程（线程）间通信。每个
客户的发言（包括表情和动作等选项）都需要放在一个公共的地方，让所有的输出线程
都能够获得它。解决的方法有很多，比如说放在数据库里，放在大家都有权限的dat文件
里，或直接用管道实现进程间通信。其中，对一个聊天室服务器来说，第一种方法是最
傻的，太消耗系统资源，而且使程序执行效率变慢，可能出错环节增多。而使用管道通
信的方式，把所有发言数据都保存在内存里，不但可以获得最高的执行效率，安全的执
行过程，也不用考虑线程同步的问题。不要以为所有的发言数据会很多，其实服务器端
只要保存最后100句就已经很了不起了，不是吗？
　　JAVA里关于管道的API有：
　　●Java.io.PipedInputStream
　　PipldInputStream()：
　　创建新的管道输入流，且它没有关联一个管道输出流。
　　PipldInputStream(PipldOutputStream out)：
　　创建新的管道输入流，且从管道输出流out中读取数据。
　　connect(PipldOutputStream out)：
　　关联一个管道输出流，且这个流读取数据。
　　●Java.io.PipedOutputStream
　　PipldOutputStream()：
　　创建新的管道输出流，且它没有关联一个管道输入流。
　　PipldOutputStream(PipldInputStream in)：
　　创建新的管道输出流，并输出数据到in。
　　connect(PipldInputStream in)：
　　关联一个管道输入流，并输入数据到in。
◆Daemon的实现
　　实际上，我还没有找到直接在JAVA中实现后台守护进程的方法。实现一个后台进程
需要完成一系列的工作，包括：关闭所有的文件描述字；改变当前工作目录；重设文件
存取屏蔽码(umask) ；在后台执行；脱离进程组；忽略终端I/O信号；脱离控制终端。
　　JAVA中有一个叫Daemon Thread的东西，我没有使用过。据介绍，这种叫服务线程的
东东唯一的目的就是为其它线程提供服务。而一个程序里如果只剩下服务线程的话，这
个程序就会停止（和我们的初衷简直就是南辕北辙）。有兴趣的朋友可以看看相关的内
容，在java.lang.Thread.setDaemon()。
　　虽然我们不能用JAVA实现后台服务守护进程，不过我们还有JAVA的C接口，问题总有
解决的办法。
◆异常处理
　　在Socket通信过程中很容易出现一些意外情况，如果不加处理直接发送数据，就可
能导致程序意外退出。例如，客户关闭了socket后，服务器继续发送数据，这就会导致
异常。为避免这一情况的发生，我们必须对它进行处理，一般情况下，只需要简单地忽
略这个信号就可以了。幸好，JAVA的异常处理机制还比较强壮。
◆用户断线判断和处理
　　许多情况下，用户不是通过提交“离开”按钮离开聊天室，这时候就需要判断用户
是否断线了。一般用户断线可能包括以下几种情况：方法是：当用户关闭浏览器，或者
点击了浏览器stop按钮，或者跳转到其他网页的时候（如果用JAVASCRIPT弹出一个聊天
窗口的话，那么这两种情况我们是能够避免的――大不了再禁止右键），相对应的sock
et将会变成可读状态，而此时读出的数据却是空字符串。
　　利用这个原理，只要在某个可读的socket读取数据时，读到的却是空数据，那么我
们就可以断定，与这个socket相对应的用户断线了。
◆防止连接超时断线
　　如果浏览器在一段时间内没有接到任何数据，那么就会出现超时错误。要避免这一
错误，必须在一定间隔内发送一些数据，在我们这个应用系统里，可以发送一些html注
释。发送注释的工作可以直接插入聊天内容之间来完成。
下面我们来看看具体实现流程：
聊天服务器的实现
　　我们的服务器的核心部分是ThreadedChatHandle类,我们需要处理的数据主要包括两
部分――在线列表和用户发言。在线列表可以直接使用大的对象数组，这是基于一个聊
天室容量是有限制的考虑。而用户的发言直接发到管道里面就可以了。
　　在线列表类的定义如下：
程序代码：
　　class Chater
　　{ private static double id;//这个ID作为区别号，同时
　　 private double socketid; //与聊天主帧对应的Socket相关联。
　　 private String nickname;// 用户昵称
　　 private String passwd;// 用户昵称
　　 private int privilige;//
　　 private String[] filter;//某个用户的过滤列表
　　 private double login_time;//记录登录时间，用以清除一些超时联接
　　 private String color;//用户聊天颜色
　　……//限于篇幅，省略了相关的方法。
　　}
　　注意：以上用户数据大部分是在login阶段，用户通过身份验证以后填入的。只有s
ocketid要等到聊天主帧（一个普通的聊天界面包括聊天主帧，发言帧，在线列表帧三个
部分）显示以后才得到。如果超过一定时间，socketid还是没有填入，说明浏览器取得
主框架以后连接中断了，这时候就需要删除该用户数据。如果要实现象sohu那样的私聊
的话，还应该增加用户IP地址的属性。
　　用户发言类的定义如下：
程序代码：
　　class Content
　　{ private double timestamp;//时间戳
　　private double fromChaterid;//发言人id
　　private double toChaterid;//聊天对象id
　　private Boolen isSecurity;//是否私聊标志
　　private String theContent;//聊天内容，在构建器里处理过，已经包括表情等ht
ml文本。
　　……//限于篇幅，省略了相关的方法。
　　}
　　
　　核心的ThreadedChatHandle类主要处理的工作是分析用户请求。客户端发送的请求
的值，主要有login（验证身份，显示聊天室主框架）、joinchat（初始化聊天信息，如
显示欢迎等，显示聊天内容显示帧，并保持连接，发送聊天信息。）、showtalk（显示
发言的帧）、names（显示在线列表帧）、leave（用户点击按钮离开聊天室）等等。
　　假如我们使用GET方法传递数据而不是通过POST方法提交表单的话，用户数据输入都
是在URL里传送，下面是几个url实例，结合后面客户端流程，可以更好地理解Threaded
ChatHandle类的职能：
　　这是一个用户名密码均为’aaa’的聊天用户登录系统，说了一句话“hello”，然
后退出所产生的一系列请求：
　　/login?name=aaa&passwd=aaa
　　/joinchat?chaterid=555
　　/showtalk?chaterid=555
　　/names?chaterid=555
　　/speak?chaterid=555
　　/leave?chaterid=555
　　……
　　以上是服务器程序流程，实际上我们参数的传递不能只传一个 chaterid，还需要有
个对应的认证。而names传递一个chaterid是为了更新时间在线列表类内自己访问的时间
，避免连接超时。下面我们从客户端看看具体登录过程。
　　聊天界面由三个frame组成，其中joinchat帧是聊天内容显示部分；showtalk帧是用
户输入部分，包括聊天内容输入、动作、过滤以及管理功能都在这一帧输入；names是在
线名单显示部分，这一部分是定时刷新的。
　　让我们从浏览器的角度来看看进入聊天室的过程。
　　◆首先浏览器请求页面
　　http://host:8080/login?name=NAME&passwd=PWD
　　此时一个ThreadedChatHandle出现（包括了一个socket连接），并发送了一行数据
：
　　GET /login?name=NAME&passwd=PWD HTTP/1.1
　　◆服务器生成一个session id，验证密码以后，发回：
　　HTTP/1.1 200 OK
　　<其他头信息>
　　Content-TYPE: text/html
　　<空行>
　　<html>
　　……
　　<frameset cols="*,170" rows="*" border="1" framespacing="1">
　　 <frameset rows="*,100,0" cols="*" border="0" framespacing="0">
　　　　<frame src="/joinchat?chaterid=555" name="u" frameborder="NO" noresi
ze>
　　　　<frame src="/showtalk?chaterid=555" name="d" frameborder="NO" noresi
ze>
　　 </frameset>
　　 <frame src="/names?chaterid=555" name="r" noresize>
　　</frameset>
　　……
　　</html>
　　然后ThreadedChatHandle.start()退出，本子线程结束
　　◆浏览器收到以上html文件后，将会依次打开三个联接（其中的chaterid是需要传
递的变量,555是个虚指）：
　　/joinchat?chaterid=555
　　/showtalk?chaterid=555
　　/names?chaterid=555
　　这三个联接中的第一个联接joinchat在整个聊天过程中都是保持联接的，这样从浏
览器角度来看，就是一个始终下载不完的大页面，显示效果上就是聊天内容不是靠刷新
来更新，而是不断地向上滚动。通过察看html代码可以看到，只有<html><body>，然后
就是不断增加的聊天内容，没有</body></html>。
　　另外两个联接在页面发送完毕以后，处理这两个连接的线程就结束了。
　　这样一次登录聊天室实际上有四个子线程响应，但登录完成以后，只有处理joinch
at帧的线程依然存活，用于接收来自服务器的聊天信息，这是基于推技术聊天室的关键
所在。
　　当然，如果用户有其它操作的请求，例如用户注册、修改昵称、修改密码等操作都
可以通过类的扩充得到相对应的响应。通过对类方法的重载还可以比较方便的根据需要
修改用户认证机制与网站其它功能模块结合在一块。

本文来自CSDN博客，转载请标明出处：http://blog.csdn.net/adminadmin/archive/2006/02/09/595250.aspx

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2009-10-14 17:37
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