目录

开门见山

一、数据结构Map

二、保证线程安全

三、群聊核心方法

四、聊天室具体设计

0、用户登录服务器

1、查看当前上线用户

2、群聊

3、私信

4、退出当前聊天状态

5、离线

6、查看帮助

五、聊天室服务完整代码

六、效果演示：基于TCP的网络实时聊天室

结语

开门见山

最近一个月记录了学习Socket网络编程的知识和实战案例，相对来说，比较系统地学习了基于TCP协议实现网络通信，也是计算机网络中重中之重，TCP/IP属于网络层，在java中，对该层的工作实现了封装，在编程中，就更加容易地去实现通信，而不用顾及底层的实现。当然，我们需要熟悉五层协议，在实践中体会其中的原理，理解更加深刻。

所以，系列文章从入门开始，不断完善C/S架构的Socket通信，回忆一下，首先是实现了Server和Client的互相通信，在这个过程发现问题，接着就使用多线程技术解决客户端实时接收信息的问题，后来到了服务器端，发现多用户连接服务器的“先到先得”问题，“后到者”无法正常通信，所以再使用线程池技术解决了多用户服务器的问题。

到此，基本实现了一个简单的客户端-服务器应用，因此，本篇将基于前面全部内容，使用客户端-服务器（C/S架构），结合多线程技术，模拟类似QQ、微信聊天功能，实现一个网络实时聊天室，目前的功能包括：

1(1)L(list):查看当前上线用户;
2(2)G(group):群聊;
3(3)O(one-one):私信;
4(4)E(exit):退出当前聊天状态;
5(5)bye:离线;
6(6)H(help):查看帮助

本篇将详细记录网络实时聊天室的实现步骤，下面的系列文章为前提基础。

Java实现socket通信网络编程系列文章：

1. 基于UDP协议网络Socket编程(java实现C/S通信案例)【https://blog.csdn.net/Charzous/article/details/109016215】
2. 基于TCP协议网络socket编程(java实现C/S通信)【https://blog.csdn.net/Charzous/article/details/109016215】
3. Java多线程实现TCP网络Socket编程(C/S通信)【https://blog.csdn.net/Charzous/article/details/109283697】
4. Java多线程实现多用户与服务端Socket通信【https://blog.csdn.net/Charzous/article/details/109440277】

一、数据结构Map

前两篇的TCPClientThreadFX和TCPThreadServer实现了多线程的通信，但也只是客户端和服务器的聊天，如何做到群组的聊天？想法就是客户A的聊天信息通过服务器转发到同时在线的所有客户。

具体做法是需要在服务器端新增记录登陆客户信息的功能，每个用户都有自己的标识。本篇将使用简单的“在线方式”记录客户套接字，即采用集合来保存用户登陆的套接字信息，来跟踪用户连接。

所以，我们需要选择一种合适的数据结构来保存用户的Socket和用户名信息，那在java中，提供了哪些数据结构呢？

Java常用的集合类型有：Map、List和Set。Map是保存Key-Value对，List类似数组，可保存可重复的值，而Set只保存不重复的值，相当于是只保存key，不保存value的Map。

如果是有用户名、学号登录的操作，就可以采用Map类型的集合来存储，例如可使用key记录用户名+学号，value保存套接字。对于**本篇的网络聊天室的需求，需要采用Map，用来保存不同用户的socket和登录名。**用户套接字socket作为key来标识一个在线用户是比较方便的选择，因为每一个客户端的IP地址+端口组合是不一样的。

二、保证线程安全

很明显，我们需要使用到多线程技术，而在多线程环境中，对共享资源的读写存在线程并发安全的问题，例如HashMap、HaspSet等都不是线程安全的，可以通过synchronized关键字进行加锁，但还有更方便的方案：可以直接使用Java标准库的java.util.concurrent包提供的线程安全的集合。例如HashMap的线程安全是 ConcurrentHashMap，HashSet的线程安全Set是CopyOnWriteArraySet。

如图，Map继承体系：

 在JDK1.8中，对HashMap进行了改进，当结点数量超过**TREEIFY_THRESHOLD** 则要转换为红黑树，这样很大优化了查询的效率，但仍然不是线程安全的。

这里简单了解一下，具体学习可以查询相关资料。有了以上的基本知识，下面开始进入网络实时聊天室的具体实现。

三、群聊核心方法

基于前面这样的想法：实现群聊就是客户A的聊天信息通过服务器转发到同时在线的所有客户，服务器端根据HashMap记录登陆用户的socket，向所有用户转发信息。

核心的群组发送方法sendToAllMembers，用于给所有在线客服发送信息。

1private void sendToMembers(String msg,String hostAddress,Socket mySocket) throws IOException{
2
3    PrintWriter pw;
4    OutputStream out;
5    Iterator iterator=users.entrySet().iterator();
6    while (iterator.hasNext()){
7        Map.Entry entry=(Map.Entry) iterator.next();
8        Socket tempSocket = (Socket) entry.getKey();
9        String name = (String) entry.getValue();
10        if (!tempSocket.equals(mySocket)){
11            out=tempSocket.getOutputStream();
12            pw=new PrintWriter(new OutputStreamWriter(out,"utf-8"),true);
13            pw.println(hostAddress+"："+msg);
14        }
15    }
16
17}

 使用到了Map的遍历，对其他所有用户发送信息。

相同的原理，我们实现私聊的功能，转化为实现的思想，也就是当前用户和指定用户Socket之间的通信，所以我写了一个sendToOne的方法。

1private void sendToOne(String msg,String hostAddress,Socket another) throws IOException{
2
3    PrintWriter pw;
4    OutputStream out;
5
6    Iterator iterator=users.entrySet().iterator();
7    while (iterator.hasNext()){
8
9        Map.Entry entry=(Map.Entry) iterator.next();
10        Socket tempSocket = (Socket) entry.getKey();
11        String name = (String) entry.getValue();
12
13        if (tempSocket.equals(another)){
14            out=tempSocket.getOutputStream();
15            pw=new PrintWriter(new OutputStreamWriter(out,"utf-8"),true);
16            pw.println(hostAddress+"私信了你："+msg);
17        }
18    }
19}

 以上两个方法是本网络聊天室的关键，后面实现的功能将是对这两个方法的灵活运用。

四、聊天室具体设计

目前聊天室的功能定位包括：1)**查看当前上线用户;**2):**群聊;**3)**私信;**4)**退出当前聊天状态;**5)**离线;**6)查看帮助。

首先，初始化最关键的数据结构，作为类成员变量，HashMap用来保存Socket和用户名：

private ConcurrentHashMap<Socket,String> users=new ConcurrentHashMap();

每个功能具体实现如下：

0、用户登录服务器

这里是最开始的服务器端的信息处理，需要记录每个用户的登录信息，包括连接的套接字和自定义昵称，方便后续使用。我采用的方法是当用户连接服务器时候，提醒用户输入用户名来进一步操作，也实现了不重名的判断逻辑。代码如下：

1pw.println("From 服务器：欢迎使用服务！");
2pw.println("请输入用户名：");
3String localName = null;
4while ((hostName=br.readLine())!=null){
5    users.forEach((k,v)->{
6        if (v.equals(hostName))
7            flag=true;//线程修改了全局变量
8    });
9
10    if (!flag){
11        localName=hostName;
12        users.put(socket,hostName);
13        flag=false;
14        break;
15    }
16    else{
17        flag=false;
18        pw.println("该用户名已存在，请修改！");
19    }
20}

 登录成功之后会向所有在线用户告知上线信息。

1、查看当前上线用户

其实就是将服务器端记录在HashMap中的信息返回给请求用户，通过约定的命令L来查看：

1if (msg.trim().equalsIgnoreCase("L")){
2       users.forEach((k,v)->{
3       pw.println("用户:"+v);
4       });
5       continue;
6}

2、群聊

1else if (msg.trim().equals("G")){
2    pw.println("您已进入群聊。");
3    while ((msg=br.readLine())!=null){
4        if (!msg.equals("E")&&users.size()!=1)
5            sendToMembers(msg,localName,socket);
6        else if (users.size()==1){
7            pw.println("当前群聊无其他用户在线，已自动退出！");
8            break;
9        }
10        else {
11            pw.println("您已退出群组聊天室！");
12            break;
13        }
14    }
15
16}

3、私信

同理，处理逻辑变为一对一的通信，与之前服务器-客户端一对一类似，但是这里需要更多的处理，保证逻辑正确，包括被私聊人的在线状态，被私聊人用户名是否正确等。

1//一对一私聊
2else if (msg.trim().equalsIgnoreCase("O")){
3    pw.println("请输入私信人的用户名：");
4    String name=br.readLine();
5
6    //查找map中匹配的socket，与之建立通信
7    //有待改进，处理输入的用户名不存在的情况
8    users.forEach((k, v)->{
9        if (v.equals(name)) {
10            isExist=true;//全局变量与线程修改问题
11        }
12
13    });
14    //已修复用户不存在的处理逻辑
15    Socket temp=null;
16    for(Map.Entry<Socket,String> mapEntry : users.entrySet()){
17        if(mapEntry.getValue().equals(name))
18            temp = mapEntry.getKey();
19//                            System.out.println(mapEntry.getKey()+":"+mapEntry.getValue()+'\n');
20    }
21    if (isExist){
22        isExist=false;
23        //私信后有一方用户离开，另一方未知，仍然发信息而未收到回复，未处理这种情况
24        while ((msg=br.readLine())!=null){
25            if (!msg.equals("E")&&!isLeaved(temp))
26                sendToOne(msg,localName,temp);
27            else if (isLeaved(temp)){
28                pw.println("对方已经离开，已断开连接！");
29                break;
30            }
31            else{
32                pw.println("您已退出私信模式！");
33                break;
34            }
35        }
36    }
37    else
38        pw.println("用户不存在！");
39}

**4、**退出当前聊天状态

这个功能主要融入到群聊和私聊中，可见上面两个功能实现的内部调用，定义了一个方法isLeaved，判断用户是否已经下线。

1//判断用户是否已经下线
2private Boolean isLeaved(Socket temp){
3    Boolean leave=true;
4    for(Map.Entry<Socket,String> mapEntry : users.entrySet()) {
5        if (mapEntry.getKey().equals(temp))
6            leave = false;
7    }
8    return leave;
9}

5、离线

这个功能比较简单，通过约定的命令执行。

1if (msg.trim().equalsIgnoreCase("bye")) {
2     pw.println("From 服务器：服务器已断开连接，结束服务！");
3
4     users.remove(socket,localName);
5
6     sendToMembers("我下线了",localName,socket);
7     System.out.println("客户端离开。");//加当前用户名
8     break;
9}

**6、**查看帮助

通过命令H请求服务器的帮助，是指用户查看哪些命令对应的功能，来进行选择。

1else if (msg.trim().equalsIgnoreCase("H")){
2    pw.println("输入命令功能：(1)L(list):查看当前上线用户;(2)G(group):进入群聊;(3)O(one-one):私信;(4)E(exit):退出当前聊天状态;(5)bye:离线;(6)H(help):帮助");
3    continue;//返回循环
4}

五、聊天室服务完整代码

聊天室实现主要工作在于服务端，聚焦于服务器线程处理的内部类Hanler，上面是各个功能具体介绍，下面完整给出代码，只需要在前面文章的基础上，见Java多线程实现多用户与服务端Socket通信。

修改服务器端线程处理代码：

1class Handler implements Runnable {
2    private Socket socket;
3
4    public Handler(Socket socket) {
5        this.socket = socket;
6    }
7
8    public void run() {
9        //本地服务器控制台显示客户端连接的用户信息
10        System.out.println("New connection accept:" + socket.getInetAddress().getHostAddress());
11        try {
12            BufferedReader br = getReader(socket);
13            PrintWriter pw = getWriter(socket);
14
15            pw.println("From 服务器：欢迎使用服务！");
16            pw.println("请输入用户名：");
17            String localName = null;
18            while ((hostName=br.readLine())!=null){
19                users.forEach((k,v)->{
20                    if (v.equals(hostName))
21                        flag=true;//线程修改了全局变量
22                });
23
24                if (!flag){
25                    localName=hostName;
26                    users.put(socket,hostName);
27                    flag=false;//可能找出不一致问题
28                    break;
29                }
30                else{
31                    flag=false;
32                    pw.println("该用户名已存在，请修改！");
33                }
34            }
35
36//                System.out.println(hostName+": "+socket);
37            sendToMembers("我已上线",localName,socket);
38            pw.println("输入命令功能：(1)L(list):查看当前上线用户;(2)G(group):进入群聊;(3)O(one-one):私信;(4)E(exit):退出当前聊天状态;(5)bye:离线;(6)H(help):帮助");
39
40            String msg = null;
41            //用户连接服务器上线，进入聊天选择状态
42            while ((msg = br.readLine()) != null) {
43                if (msg.trim().equalsIgnoreCase("bye")) {
44                    pw.println("From 服务器：服务器已断开连接，结束服务！");
45
46                    users.remove(socket,localName);
47
48                    sendToMembers("我下线了",localName,socket);
49                    System.out.println("客户端离开。");//加当前用户名
50                    break;
51                }
52                else if (msg.trim().equalsIgnoreCase("H")){
53                    pw.println("输入命令功能：(1)L(list):查看当前上线用户;(2)G(group):进入群聊;(3)O(one-one):私信;(4)E(exit):退出当前聊天状态;(5)bye:离线;(6)H(help):帮助");
54                    continue;//返回循环
55                }
56                else if (msg.trim().equalsIgnoreCase("L")){
57                    users.forEach((k,v)->{
58                        pw.println("用户:"+v);
59                    });
60                    continue;
61                }
62                //一对一私聊
63                else if (msg.trim().equalsIgnoreCase("O")){
64                    pw.println("请输入私信人的用户名：");
65                    String name=br.readLine();
66
67                    //查找map中匹配的socket，与之建立通信
68                    users.forEach((k, v)->{
69                        if (v.equals(name)) {
70                            isExist=true;//全局变量与线程修改问题
71                        }
72
73                    });
74                    //已修复用户不存在的处理逻辑
75                    Socket temp=null;
76                    for(Map.Entry<Socket,String> mapEntry : users.entrySet()){
77                        if(mapEntry.getValue().equals(name))
78                            temp = mapEntry.getKey();
79                    }
80                    if (isExist){
81                        isExist=false;
82                        //私信后有一方用户离开，另一方未知，仍然发信息而未收到回复，未处理这种情况
83                        while ((msg=br.readLine())!=null){
84                            if (!msg.equals("E")&&!isLeaved(temp))
85                                sendToOne(msg,localName,temp);
86                            else if (isLeaved(temp)){
87                                pw.println("对方已经离开，已断开连接！");
88                                break;
89                            }
90                            else{
91                                pw.println("您已退出私信模式！");
92                                break;
93                            }
94                        }
95                    }
96                    else
97                        pw.println("用户不存在！");
98                }
99                //选择群聊
100                else if (msg.trim().equals("G")){
101                    pw.println("您已进入群聊。");
102                    while ((msg=br.readLine())!=null){
103                        if (!msg.equals("E")&&users.size()!=1)
104                            sendToMembers(msg,localName,socket);
105                        else if (users.size()==1){
106                            pw.println("当前群聊无其他用户在线，已自动退出！");
107                            break;
108                        }
109                        else {
110                            pw.println("您已退出群组聊天室！");
111                            break;
112                        }
113                    }
114
115                }
116                else
117                    pw.println("请选择聊天状态！");
118            }
119        } catch (IOException e) {
120            e.printStackTrace();
121        } finally {
122            try {
123                if (socket != null)
124                    socket.close();
125            } catch (IOException e) {
126                e.printStackTrace();
127            }
128        }
129    }
130}

六、效果演示：基于TCP的网络实时聊天室

首先，开启多个客户端，连接服务器开始进入通信状态。

下面动图演示了几个基本功能，可以看到三个用户实现了实时通信聊天，包括群聊和私聊功能。其他功能就留给大家去探索。

结语

系列文章从入门开始，不断完善C/S架构的Socket通信，回忆一下，首先是实现了Server和Client的互相通信，在这个过程发现问题，接着就使用多线程技术解决客户端实时接收信息的问题，后来到了服务器端，发现多用户连接服务器的“先到先得”问题，“后到者”无法正常通信，所以再使用线程池技术解决了多用户服务器的问题。

本篇基本实现了一个简单的客户端-服务器应用，使用客户端-服务器（C/S架构），结合多线程技术，模拟类似QQ、微信聊天功能，实现一个网络实时聊天室。

学习到的知识有：多线程、线程池、Socket通信、TCP协议、HashMap、JavaFX等，所有知识的结合运用，并通过实战练习，一步步理解知识！

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Java实现socket通信网络编程系列文章：

1. 基于UDP协议网络Socket编程(java实现C/S通信案例)【https://blog.csdn.net/Charzous/article/details/109016215】
2. 基于TCP协议网络socket编程(java实现C/S通信)【https://blog.csdn.net/Charzous/article/details/109016215】
3. Java多线程实现TCP网络Socket编程(C/S通信)【https://blog.csdn.net/Charzous/article/details/109283697】
4. Java多线程实现多用户与服务端Socket通信【https://blog.csdn.net/Charzous/article/details/109440277】

我的CSDN博客：https://blog.csdn.net/Charzous/article/details/109540279