目錄
開門見山
一、資料結構Map
二、保證執行緒安全
三、群聊核心方法
四、聊天室具體設計
0、用戶登錄服務器
1、查看當前上線用戶
2、群聊
3、私信
4、退出當前聊天狀態
5、離線
6、查看幫助
五、聊天室服務完整代碼
六、效果演示：基于TCP的網路實時聊天室
結語
開門見山
最近一個月記錄了學習Socket網路編程的知識和實戰案例，相對來說，比較系統地學習了基于TCP協議實作網路通信，也是計算機網路中重中之重，TCP/IP屬于網路層，在java中，對該層的作業實作了封裝，在編程中，就更加容易地去實作通信，而不用顧及底層的實作，當然，我們需要熟悉五層協議，在實踐中體會其中的原理，理解更加深刻，
所以，系列文章從入門開始，不斷完善C/S架構的Socket通信，回憶一下，首先是實作了Server和Client的互相通信，在這個程序發現問題，接著就使用多執行緒技術解決客戶端實時接收資訊的問題，后來到了服務器端，發現多用戶連接服務器的“先到先得”問題，“后到者”無法正常通信，所以再使用執行緒池技術解決了多用戶服務器的問題，
到此，基本實作了一個簡單的客戶端-服務器應用，因此，本篇將基于前面全部內容，使用客戶端-服務器（C/S架構），結合多執行緒技術，模擬類似QQ、微信聊天功能，實作一個網路實時聊天室，目前的功能包括：
(1)L(list):查看當前上線用戶;
(2)G(group):群聊;
(3)O(one-one):私信;
(4)E(exit):退出當前聊天狀態;
(5)bye:離線;
(6)H(help):查看幫助本篇將詳細記錄網路實時聊天室的實作步驟，下面的系列文章為前提基礎，
Java實作socket通信網路編程系列文章：
- 基于UDP協議網路Socket編程(java實作C/S通信案例)【https://blog.csdn.net/Charzous/article/details/109016215】
- 基于TCP協議網路socket編程(java實作C/S通信)【https://blog.csdn.net/Charzous/article/details/109016215】
- Java多執行緒實作TCP網路Socket編程(C/S通信)【https://blog.csdn.net/Charzous/article/details/109283697】
- Java多執行緒實作多用戶與服務端Socket通信【https://blog.csdn.net/Charzous/article/details/109440277】
一、資料結構Map
前兩篇的TCPClientThreadFX和TCPThreadServer實作了多執行緒的通信，但也只是客戶端和服務器的聊天，如何做到群組的聊天？想法就是客戶A的聊天資訊通過服務器轉發到同時在線的所有客戶，
具體做法是需要在服務器端新增記錄登陸客戶資訊的功能，每個用戶都有自己的標識，本篇將使用簡單的“在線方式”記錄客戶套接字，即采用集合來保存用戶登陸的套接字資訊，來跟蹤用戶連接，
所以，我們需要選擇一種合適的資料結構來保存用戶的Socket和用戶名資訊，那在java中，提供了哪些資料結構呢？
Java常用的集合型別有：Map、List和Set，Map是保存Key-Value對，List類似陣列，可保存可重復的值，而Set只保存不重復的值，相當于是只保存key，不保存value的Map，
如果是有用戶名、學號登錄的操作，就可以采用Map型別的集合來存盤，例如可使用key記錄用戶名+學號，value保存套接字，對于本篇的網路聊天室的需求，需要采用Map，用來保存不同用戶的socket和登錄名，用戶套接字socket作為key來標識一個在線用戶是比較方便的選擇，因為每一個客戶端的IP地址+埠組合是不一樣的，
二、保證執行緒安全
很明顯，我們需要使用到多執行緒技術，而在多執行緒環境中，對共享資源的讀寫存在執行緒并發安全的問題，例如HashMap、HaspSet等都不是執行緒安全的，可以通過synchronized關鍵字進行加鎖，但還有更方便的方案：可以直接使用Java標準庫的java.util.concurrent包提供的執行緒安全的集合，例如HashMap的執行緒安全是 ConcurrentHashMap，HashSet的執行緒安全Set是CopyOnWriteArraySet，
如圖，Map繼承體系：
在JDK1.8中，對HashMap進行了改進，當結點數量超過TREEIFY_THRESHOLD 則要轉換為紅黑樹，這樣很大優化了查詢的效率，但仍然不是執行緒安全的，
這里簡單了解一下，具體學習可以查詢相關資料，有了以上的基本知識，下面開始進入網路實時聊天室的具體實作，
三、群聊核心方法
基于前面這樣的想法：實作群聊就是客戶A的聊天資訊通過服務器轉發到同時在線的所有客戶，服務器端根據HashMap記錄登陸用戶的socket，向所有用戶轉發資訊，
核心的群組發送方法sendToAllMembers，用于給所有在線客服發送資訊，
private void sendToMembers(String msg,String hostAddress,Socket mySocket) throws IOException{
PrintWriter pw;
OutputStream out;
Iterator iterator=users.entrySet().iterator();
while (iterator.hasNext()){
Map.Entry entry=(Map.Entry) iterator.next();
Socket tempSocket = (Socket) entry.getKey();
String name = (String) entry.getValue();
if (!tempSocket.equals(mySocket)){
out=tempSocket.getOutputStream();
pw=new PrintWriter(new OutputStreamWriter(out,"utf-8"),true);
pw.println(hostAddress+"："+msg);
}
}
}使用到了Map的遍歷，對其他所有用戶發送資訊，
相同的原理，我們實作私聊的功能，轉化為實作的思想，也就是當前用戶和指定用戶Socket之間的通信，所以我寫了一個sendToOne的方法，
private void sendToOne(String msg,String hostAddress,Socket another) throws IOException{
PrintWriter pw;
OutputStream out;
Iterator iterator=users.entrySet().iterator();
while (iterator.hasNext()){
Map.Entry entry=(Map.Entry) iterator.next();
Socket tempSocket = (Socket) entry.getKey();
String name = (String) entry.getValue();
if (tempSocket.equals(another)){
out=tempSocket.getOutputStream();
pw=new PrintWriter(new OutputStreamWriter(out,"utf-8"),true);
pw.println(hostAddress+"私信了你："+msg);
}
}
}以上兩個方法是本網路聊天室的關鍵，后面實作的功能將是對這兩個方法的靈活運用，
四、聊天室具體設計
目前聊天室的功能定位包括：1)查看當前上線用戶;2):群聊;3)私信;4)退出當前聊天狀態;5)離線;6)查看幫助，
首先，初始化最關鍵的資料結構，作為類成員變數，HashMap用來保存Socket和用戶名：
private ConcurrentHashMap<Socket,String> users=new ConcurrentHashMap();每個功能具體實作如下：
0、用戶登錄服務器
這里是最開始的服務器端的資訊處理，需要記錄每個用戶的登錄資訊，包括連接的套接字和自定義昵稱，方便后續使用，我采用的方法是當用戶連接服務器時候，提醒用戶輸入用戶名來進一步操作，也實作了不重名的判斷邏輯，代碼如下：
pw.println("From 服務器：歡迎使用服務！");
pw.println("請輸入用戶名：");
String localName = null;
while ((hostName=br.readLine())!=null){
users.forEach((k,v)->{
if (v.equals(hostName))
flag=true;//執行緒修改了全域變數
});
if (!flag){
localName=hostName;
users.put(socket,hostName);
flag=false;
break;
}
else{
flag=false;
pw.println("該用戶名已存在，請修改！");
}
}登錄成功之后會向所有在線用戶告知上線資訊，
1、查看當前上線用戶
其實就是將服務器端記錄在HashMap中的資訊回傳給請求用戶，通過約定的命令L來查看：
if (msg.trim().equalsIgnoreCase("L")){
users.forEach((k,v)->{
pw.println("用戶:"+v);
});
continue;
}2、群聊
else if (msg.trim().equals("G")){
pw.println("您已進入群聊，");
while ((msg=br.readLine())!=null){
if (!msg.equals("E")&&users.size()!=1)
sendToMembers(msg,localName,socket);
else if (users.size()==1){
pw.println("當前群聊無其他用戶在線，已自動退出！");
break;
}
else {
pw.println("您已退出群組聊天室！");
break;
}
}
}3、私信
同理，處理邏輯變為一對一的通信，與之前服務器-客戶端一對一類似，但是這里需要更多的處理，保證邏輯正確，包括被私聊人的在線狀態，被私聊人用戶名是否正確等，
//一對一私聊
else if (msg.trim().equalsIgnoreCase("O")){
pw.println("請輸入私信人的用戶名：");
String name=br.readLine();
//查找map中匹配的socket，與之建立通信
//有待改進，處理輸入的用戶名不存在的情況
users.forEach((k, v)->{
if (v.equals(name)) {
isExist=true;//全域變數與執行緒修改問題
}
});
//已修復用戶不存在的處理邏輯
Socket temp=null;
for(Map.Entry<Socket,String> mapEntry : users.entrySet()){
if(mapEntry.getValue().equals(name))
temp = mapEntry.getKey();
// System.out.println(mapEntry.getKey()+":"+mapEntry.getValue()+'\n');
}
if (isExist){
isExist=false;
//私信后有一方用戶離開，另一方未知，仍然發資訊而未收到回復，未處理這種情況
while ((msg=br.readLine())!=null){
if (!msg.equals("E")&&!isLeaved(temp))
sendToOne(msg,localName,temp);
else if (isLeaved(temp)){
pw.println("對方已經離開，已斷開連接！");
break;
}
else{
pw.println("您已退出私信模式！");
break;
}
}
}
else
pw.println("用戶不存在！");
}4、退出當前聊天狀態
這個功能主要融入到群聊和私聊中，可見上面兩個功能實作的內部呼叫，定義了一個方法isLeaved，判斷用戶是否已經下線，
//判斷用戶是否已經下線
private Boolean isLeaved(Socket temp){
Boolean leave=true;
for(Map.Entry<Socket,String> mapEntry : users.entrySet()) {
if (mapEntry.getKey().equals(temp))
leave = false;
}
return leave;
}5、離線
這個功能比較簡單，通過約定的命令執行，
if (msg.trim().equalsIgnoreCase("bye")) {
pw.println("From 服務器：服務器已斷開連接，結束服務！");
users.remove(socket,localName);
sendToMembers("我下線了",localName,socket);
System.out.println("客戶端離開，");//加當前用戶名
break;
}6、查看幫助
通過命令H請求服務器的幫助，是指用戶查看哪些命令對應的功能，來進行選擇，
else if (msg.trim().equalsIgnoreCase("H")){
pw.println("輸入命令功能：(1)L(list):查看當前上線用戶;(2)G(group):進入群聊;(3)O(one-one):私信;(4)E(exit):退出當前聊天狀態;(5)bye:離線;(6)H(help):幫助");
continue;//回傳回圈
}五、聊天室服務完整代碼
聊天室實作主要作業在于服務端，聚焦于服務器執行緒處理的內部類Hanler，上面是各個功能具體介紹，下面完整給出代碼，只需要在前面文章的基礎上，見Java多執行緒實作多用戶與服務端Socket通信，
修改服務器端執行緒處理代碼：
class Handler implements Runnable {
private Socket socket;
public Handler(Socket socket) {
this.socket = socket;
}
public void run() {
//本地服務器控制臺顯示客戶端連接的用戶資訊
System.out.println("New connection accept:" + socket.getInetAddress().getHostAddress());
try {
BufferedReader br = getReader(socket);
PrintWriter pw = getWriter(socket);
pw.println("From 服務器：歡迎使用服務！");
pw.println("請輸入用戶名：");
String localName = null;
while ((hostName=br.readLine())!=null){
users.forEach((k,v)->{
if (v.equals(hostName))
flag=true;//執行緒修改了全域變數
});
if (!flag){
localName=hostName;
users.put(socket,hostName);
flag=false;//可能找出不一致問題
break;
}
else{
flag=false;
pw.println("該用戶名已存在，請修改！");
}
}
// System.out.println(hostName+": "+socket);
sendToMembers("我已上線",localName,socket);
pw.println("輸入命令功能：(1)L(list):查看當前上線用戶;(2)G(group):進入群聊;(3)O(one-one):私信;(4)E(exit):退出當前聊天狀態;(5)bye:離線;(6)H(help):幫助");
String msg = null;
//用戶連接服務器上線，進入聊天選擇狀態
while ((msg = br.readLine()) != null) {
if (msg.trim().equalsIgnoreCase("bye")) {
pw.println("From 服務器：服務器已斷開連接，結束服務！");
users.remove(socket,localName);
sendToMembers("我下線了",localName,socket);
System.out.println("客戶端離開，");//加當前用戶名
break;
}
else if (msg.trim().equalsIgnoreCase("H")){
pw.println("輸入命令功能：(1)L(list):查看當前上線用戶;(2)G(group):進入群聊;(3)O(one-one):私信;(4)E(exit):退出當前聊天狀態;(5)bye:離線;(6)H(help):幫助");
continue;//回傳回圈
}
else if (msg.trim().equalsIgnoreCase("L")){
users.forEach((k,v)->{
pw.println("用戶:"+v);
});
continue;
}
//一對一私聊
else if (msg.trim().equalsIgnoreCase("O")){
pw.println("請輸入私信人的用戶名：");
String name=br.readLine();
//查找map中匹配的socket，與之建立通信
users.forEach((k, v)->{
if (v.equals(name)) {
isExist=true;//全域變數與執行緒修改問題
}
});
//已修復用戶不存在的處理邏輯
Socket temp=null;
for(Map.Entry<Socket,String> mapEntry : users.entrySet()){
if(mapEntry.getValue().equals(name))
temp = mapEntry.getKey();
}
if (isExist){
isExist=false;
//私信后有一方用戶離開，另一方未知，仍然發資訊而未收到回復，未處理這種情況
while ((msg=br.readLine())!=null){
if (!msg.equals("E")&&!isLeaved(temp))
sendToOne(msg,localName,temp);
else if (isLeaved(temp)){
pw.println("對方已經離開，已斷開連接！");
break;
}
else{
pw.println("您已退出私信模式！");
break;
}
}
}
else
pw.println("用戶不存在！");
}
//選擇群聊
else if (msg.trim().equals("G")){
pw.println("您已進入群聊，");
while ((msg=br.readLine())!=null){
if (!msg.equals("E")&&users.size()!=1)
sendToMembers(msg,localName,socket);
else if (users.size()==1){
pw.println("當前群聊無其他用戶在線，已自動退出！");
break;
}
else {
pw.println("您已退出群組聊天室！");
break;
}
}
}
else
pw.println("請選擇聊天狀態！");
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
try {
if (socket != null)
socket.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}六、效果演示：基于TCP的網路實時聊天室
首先，開啟多個客戶端，連接服務器開始進入通信狀態，
下面動圖演示了幾個基本功能，可以看到三個用戶實作了實時通信聊天，包括群聊和私聊功能，其他功能就留給大家去探索，
結語
系列文章從入門開始，不斷完善C/S架構的Socket通信，回憶一下，首先是實作了Server和Client的互相通信，在這個程序發現問題，接著就使用多執行緒技術解決客戶端實時接收資訊的問題，后來到了服務器端，發現多用戶連接服務器的“先到先得”問題，“后到者”無法正常通信，所以再使用執行緒池技術解決了多用戶服務器的問題，
本篇基本實作了一個簡單的客戶端-服務器應用，使用客戶端-服務器（C/S架構），結合多執行緒技術，模擬類似QQ、微信聊天功能，實作一個網路實時聊天室，
學習到的知識有：多執行緒、執行緒池、Socket通信、TCP協議、HashMap、JavaFX等，所有知識的結合運用，并通過實戰練習，一步步理解知識！
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Java實作socket通信網路編程系列文章：
- 基于UDP協議網路Socket編程(java實作C/S通信案例)【https://blog.csdn.net/Charzous/article/details/109016215】
- 基于TCP協議網路socket編程(java實作C/S通信)【https://blog.csdn.net/Charzous/article/details/109016215】
- Java多執行緒實作TCP網路Socket編程(C/S通信)【https://blog.csdn.net/Charzous/article/details/109283697】
- Java多執行緒實作多用戶與服務端Socket通信【https://blog.csdn.net/Charzous/article/details/109440277】
我的CSDN博客：https://blog.csdn.net/Charzous/article/details/109540279
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