java基于tcp_ip協議的聊天工具的設計與開發_畢業設計論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 基于 TCP/IP 協議的聊天工具的設計與開發 2 第一章 概述 課題背景及意義 課題背景 當今處于一個信息爆炸的時代，隨著 Inter 的迅速普及和發展，人們之間的溝通和交流變得越來越頻繁，以至于到了人們每天的日常生活都離不開這個具有高效時效性的網絡。人們可以通過各種軟件建立即時性的聯 系，比如人們通常用的Email， ， MSN 等等。而 則是國內人盡皆知的即時性通訊軟件，自從 1998年騰訊成立以來， 的發展幾乎是飛躍式的。據 2020 年 5 月 13 日騰訊官方公布顯示，目前注冊用戶中的活躍用戶達到了 億的水平，最高同時在線人數高達 億，這無疑是一個驚人的數據。鑒于即時通訊軟件在當今人們生活中的重要地位，以及本人懷著的對即時通訊軟件的通信機制以及其工作原理的好奇，嘗試用Java 語言編寫一款局域網即時通信軟件，以此來實踐性的研究通信軟件的工作流程。 本人通過網絡渠道大概了解了 的基本通信原理。大概了解到了 是以多個服務器提供服務，服務器管理客戶端，客戶端之間 UDP 通信，除非不得已的情況下，服務器才通過 TCP 轉發消息。其具體工作方式經過本人理解畫出如下 11 示意圖， 客 戶 端 3客 戶 端 1客 戶 端 2服 務 器 1 服 務 器 2 圖 11 騰訊 工作模式示意圖 而提到大家也非常熟悉的 MSN，通過網絡了解到，它是另一種工作模式，純TCP 通信，而不像騰訊 一樣 TCP 和 UDP 并用，其工作模式如下圖 12 所示， 重慶理工大學畢業論文 基于 TCP/IP 協議的聊天工具的設計與開發 3 客 戶 端 1 客 戶 端 2服 務 器 1服 務 器 2客 戶 端 3 圖 12 MSN 通信模式示意圖 我們會看出， MSN 這種通信其實就是 TCP 通信，而 TCP 通信就是通過服務器轉發消息來實現客戶 端之間通信的，當客戶端 1 要和客戶端 2 取得聯系時，必須通過中間服務器 1 或者 2 來實現信息的轉發，而服務器在這里的角色其實就是一個中轉站了。這很像我們的電話網絡，中轉通信模式。 課題意義 研究本課題的主要目的在于了解當前通訊軟件的通信模式，并試著開發一個能夠實現局域網通信的局域網即時通信軟件，通過這個過程，讓自己更加了解在 Java下，實現通信的具體原理和工作流程。 本系統應用了基于 Socket 局域網通信模式，它為我們提供了一種良好的、安全的通信機制，而且這個在實踐中更好的詮釋了 Socket 的通信的根本 原理，具有很好的學習和研究價值，可以更深入地提高本人對于 Socket 通信機制的理解和認識。 基于 Socket 的局域網通信軟件在目前來說是相當廣泛的，不但滿足了傳統的通信需求，還可以擴展其應用范圍，以適應更多更大范圍的需求。所以其研究價值也是非常可觀的。 課題現狀及發展 課題現狀 基于局域網的即時通訊工具，實際上是通訊領域中一個微縮版本的通信軟件，重慶理工大學畢業論文 基于 TCP/IP 協議的聊天工具的設計與開發 4 廣域網的即時通訊工具采用 TCP 或者 UDP 或者 TCP、 UDP 并用的方式來實現通訊。目前來說，開發技術是非常成熟的了，比如騰訊 ，微軟 MSN，新浪 UC 等，這些通訊工具都實現了廣域網的即時通訊，但他們卻也各具特色。比如單一 TCP 通信的 MSN，在穩定傳輸和安全性上是可圈可點的。而騰訊的 ，在功能上則是非常全面的，因為其客戶端時間通訊采用 UDP 方式，所以通訊顯得非常的流暢和方便，也大大減輕了服務器的負荷。這些通訊軟件各具特色，實現方面各有所長，但由于他們在商業運營階段，其實現的具體內部機制，我們不得而知，但是無論他們是怎么實現的，最終也逃不過 TCP/IP， UDP 通訊的本質。 課題發展 鑒于當前這種朝氣蓬勃的發展勢頭，在未來的即時通訊領域，不管 是局域網還是廣域網，必定會更加的精彩，或許在不久的將來，通訊模式會更加的發達和方便于人類社會。 課題內容、目的及目標 課題內容 本課題主要是用 Java 下的 Socket 研究局域網通信，并利用 Socket 編寫一個可以供多人通信的局域網聊天軟件，此聊天軟件分為服務器程序和客戶端程序兩個獨立的工程項目。他們各自負責相應的工作，從而實現局域網各個客戶端之間的相互通訊。 課題目的和目標 本課題的目的旨在探究 TCP/UDP 通信的機制和原理，由于在大學期間并沒有對TCP/UDP 通信進行系統的 專業的學習，所以，對于 TCP/UDP 通信并沒有太多的了解，而當前的通信網絡的廣泛應用，又讓研究其內在的運作模式和機制變得非常有意義的一件事情。目前來說，通信工具是非常的成熟了，本次畢業設計做的這個關于 TCP/UDP 通信的局域網聊天系統也不可能實現相應的經濟價值，旨在本人在大學的最后階段有一個更好的收獲，能夠學到到很多以前沒學過的新東西，吸取到更多的知識充實自己對于計算機這門學科認識和研究。 重慶理工大學畢業論文 基于 TCP/IP 協議的聊天工具的設計與開發 5 本課題的最終目標是實現局域網的即時通訊，包括點對點、點對多、多對多的相互通訊，最后以一臺主機作為服務器，另外用不同的主 機作為客戶端進行試驗驗證，能夠實現相互間的文字通訊。 重慶理工大學畢業論文 基于 TCP/IP 協議的聊天工具的設計與開發 6 第二章 開發技術和平臺 開發技術 Java 語言 Java 發展歷程 Java 的發展歷史，可以追朔到 1990 年。當時 Sun Microsystems 公司為了發展消費類電子產品進行了一個名為 Green 的項目計劃。這個計劃的負責任是 James Gosling。起初他用具有面向對象特征的 C++語言編寫嵌入式軟件，可以放在面包機或 PDA（ Personal Digital Assistant，個人數字 助理 ）等小型電子 產品 里，以使設備變得更為 “聰明 ”，更具備人工只能。但后來發現 C++并不適合這類任務；因為 C++常會使系統失效。尤其在內存管理方面， C++采用直接地址訪問方式 ， 需要程序員記錄并管理內存資源。這造成程序員編程的極大負擔，并可能產生多個 Bugs。面包機上的程序錯誤可能使面包機燒壞甚至爆炸。 為了解決此類問題， Gosling 決定開發一種新的語言，并取名為 Oak。它采用了大部分與 C++類似的語法對可能具備危險性的功能加以改進，例如將內存管理改為由語言自己進行管理，以減少程序員的負擔及可能發生的錯誤。 Oak 是一種可移置的語言，它是一種 平臺獨立的語言，能夠在各種芯片上執行，可以降低設備的研發成本。 Java 技術具有卓越的通用性、高效性、平臺移植性和安全性，廣泛應用于個人PC、數據中心、游戲控制臺、科學超級計算機、移動電話和互聯網，同時擁有全球最大的開發者專業社群。在全球云計算和移動互聯網的產業環境下， Java 更具備了顯著優勢和廣闊前景。 Java 特點 Java 是一種簡單、安全、容易適用、面向對象、可移置、高性能、多線程的語重慶理工大學畢業論文 基于 TCP/IP 協議的聊天工具的設計與開發 7 言。 簡單性 Java 語言簡單高效，基本 Java 系統（編譯器和解釋器）所占空間很少。由于 Java最初是為了對家用電器進行集成控制而設計的，因而具備簡單明了的特征。 面向對象 面向對象技術是現代工業的一次革新，提高了軟件的模塊化程度和復用率，縮短了軟件開發時間，降低了開發成本。在 Java 之前雖然已經有面向對象的程序設計語言問世，但如 C++這樣的開發語言并不是完全的面向對象，而是面向過程和面向對象的混合體。 Java 則是完全面向對象的程序設計語言。 安全性 Java 是可以用在網絡及分布環境下的網絡程序設計語言。在網絡環境下，語言的安全性變得更為重要。 Java 提供了許多安全機制來保證其網絡適用上的安 全性。 平臺獨立 平臺獨立指程序不受操作平臺的限制，可以應用在各種平臺上。 Java 源程序經過編譯后生成字節碼文件，而字節碼與具體的計算機無關。只要計算機安裝了能解釋執行字節碼的 Java 虛擬機 JVM，就可以執行字節碼文件，從而實現 Java 的平臺獨立性。 多線程 Java 具備內建的多線程功能，可以將一個程序的不同程序段設置為不同的線程，使各線程并發、獨立執行，提高系統的運行效率。 網絡功能 Java 能從全球網絡資源獲取所需信息，如數據文件、影響文件、聲音文件等，并對所得信息進行處理，所以說 Java 是 一種網絡語言。 執行效率 Java 的字節碼需要經過 Java 虛擬機 JVM 解釋成機器碼才能執行，所以速度上較慢。但是隨著 JVM 技術的進步，使得其執行速度直逼 C 與 C++。 Java 與 Inter Java 語言取得成功的領域之一就是其他語言數頁代碼 ==Java 一條語句 。 重慶理工大學畢業論文 基于 TCP/IP 協議的聊天工具的設計與開發 8 TCP/IP(傳輸控制協議 /網間協議 )是 Inter 的主要協議 ,定義了計算機和外設進行通信所使用的規則 (應用層 ,傳輸層 ,網絡層 ,鏈路層 )， 大多數基于 Inter 的應用程序被看作 TCP/IP 協議的上一層 . 如 : ftp, , smtp,tel 等 。 IP 地址 :TCP/IP 網絡中的每臺計算機都有唯一的地址 IP 地址 。 在 Java 中 ,有一個用來存儲 Inter 地址的類叫 IAddress。 Java 提供的網絡功能有三大類 : URL, Socket, Datagram: URL 是三大功能中最高級的一種 ,通過 URL Java 程序可以直接送出或讀入網絡上的數據。 Socket 是傳統網絡程序最常用的方式，可以認為 Socket 形如其名插座之意，只要有插頭插上了就能夠傳道電流，而這個電流，我們就可以想象 成 Socket 通信中的 Stream(流 )了。 Datagram 是更低級的網絡傳輸方式，它把數據目的地記錄在包中，并把數據分成若干塊記錄在固定大小的數據包中，然后直接放在網絡上傳遞到目的端，至于你到底傳送成功與否，這就沒它的事了。 多線程 進程是一個具體的應用程序， 而 線程是進程中的一個分支， 它是 為 了 單獨完成程序中的某一項或一組功能而存在 的。那么，我們在一個程序中要實現的功能就可以劃分為多個線程來分別實現，這大大降低了一個程序的復雜性，也提高了程序的處理效率。在本課題中引入多線程技術無疑顯得是非常 必要的，那么通信過程中的許多功能就可以用多個線程來實現，從而做到分工明確，改善程序的執行效率。 TCP/UDP 協議 TCP (Transmission Control Protocol)和 UDP(User Datagram Protocol)屬于 傳輸層 協議。其中 TCP 提供 IP 環境下的數據 可靠傳輸 ，它提供的服務包括 數據流 傳送、可靠性、有效流控、全雙工操作和多路復用。通過面向連接、端到端和可靠的 數據包 發送。通俗說，它是事先為所發送的數據開辟出連接好的通道，然后再進行數據發送；而 UDP 則不為 IP 提供可靠性、流控或差錯恢復功能。一般來說， TCP 對應的是可靠性要求高的應用，而 UDP 對應的則是 可靠性要求低、傳輸經濟的應用。 TCP 支持的應用協議主要有： Tel、 FTP、 SMTP 等；UDP 支持的 應用層 協議主要有： NFS（ 網絡文件系統 ）、 SNMP（ 簡單網絡管理重慶理工大學畢業論文 基于 TCP/IP 協議的聊天工具的設計與開發 9 協議 ）、 DNS（主域名稱系 統）、 TFTP（通用 文件傳輸協議 ）等。 面向連接的 TCP “面向連接 ”就是在正式通信前必須要與對方建立起連接。比如你給別人打電話，必須等線路接通了 而且 對方拿起話筒才能相互通話。 TCP（ Transmission Control Protocol， 傳輸控制協議 ）是基于連接的協議，也就是說，在正式收發 數據前，必須和對方建立可靠的連接。一個 TCP 連接必須要經過三次 “ 握手 ” 才能建立起來，其中的過程非常復雜。我們來看看這三次 “ 握手 ” 的簡單過程： 主機 A 向主機 B 發出連接請求數據