UDP实现Mini版在线聊天室

实现原理

只有当客户端先对服务器发送online消息的时候，服务器才会把客户端加入到在线列表。当在线列表的用户发消息的时候，服务器会把消息广播给在线列表中的所有用户。而当用户输入offline时，表明自己要下线了，此时服务器把该用户踢出在线列表。此时的用户看不到公屏的信息也无法在发送信息。

上线步骤：

在这里插入图片描述

通信步骤：

在这里插入图片描述

下线步骤

只要把用户踢出在线列表，那么它就是离线了，因为服务器只关心在线列表中的客户。

在这里插入图片描述

服务器要做的事

1. 判断收到的消息是否是online或者offline

2. 收到online则把用户添加进在线列表，offline则移除在线列表。

3. 如果发送的消息不是offline，切用户在线，则对发送的消息进行广播，广播给在线列表的所有用户

客户端要做的事

1. 向服务器发送online申请上线

2. 主线程负责发送消息，不发也可以

3. 创建一个线程时时刻刻接收消息，收到消息即显示到自己的公屏上

server服务端代码实现

服务端需要有一个UserManage类，来管理在线用户，这也是我们的在线列表。这个类只有一个哈希表成员，用来管理在线的用户。还要提供四个成员函数，分别有上线，下线，判断是否在线，以及广播功能。

server.cc代码：

#include "server.hpp"
#include <memory>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <vector>
#include <sys/wait.h>
#include <cstring>
#include "User.hpp"

UserManage um;

void ChatRoomMessage(int _sock,std::string ip,uint16_t port,std::string message)
{
    //如果用户输入online，那么就把用户添加到在线列表
    if(message == "online") um.online(port,ip); 
    //如果用户输入offline,那么把用户移除在线列表
    if(message == "offline") um.offline(port,ip);
    //用户在线才能广播消息
    if(um.isonline(port,ip))    
        um.broadcastMessage(message,_sock,ip,port); //广播消息
}

int main(int argc , char* argv[])
{
    if(argc != 2) //命令行参数不为2就退出
    {
        std::cout << "Usage : " << argv[0] << "   bindport" << std::endl;  //打印使用手册
        exit(1);
    }
    uint16_t port = atoi(argv[1]); //命令行传的端口转换成16位整形
    std::unique_ptr<UdpServer> s(new UdpServer(port,ChatRoomMessage)); //创建UDP服务器
    s->init(); //初始化服务器，创建 + 绑定
    s->start(); //运行服务器
}

server.hpp代码：

这个类主要是对服务器的封装，在收到消息后通过用户传入的callback函数进行回调处理。


#pragma once
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <functional>

typedef std::function<void(int,std::string,uint16_t,std::string)> func_t;

class UdpServer
{
private:
    int _sock; 
    uint16_t _port;
    func_t _callback;
public:
    UdpServer(uint16_t port,func_t callback): _port(port) ,_callback(callback){ }
    ~UdpServer() { close(_sock); }
    void init()
    {
        _sock = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);  //创建套接字
        if(_sock < 0)
        {
            //创建失败
            std::cout << "create socket failed...." << std::endl;
            abort();
        }
        //绑定 
        struct sockaddr_in ser; 
        ser.sin_port = htons(_port);  //填入端口
        ser.sin_family = AF_INET; // 填入域
        ser.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; //填入IP地址
        if(bind(_sock,(sockaddr*)&ser,sizeof ser) != 0) //绑定
        {
            //绑定失败
            std::cout << "bind socket failed...." << std::endl;
            abort();
        }
    }

    void start()
    {
        struct sockaddr_in peer; //对端
        socklen_t peer_len = sizeof peer;
        char buff[1024] = {0};   
        while(1)
        {
            int n = recvfrom(_sock,buff,1023,0,(struct sockaddr*)&peer,&peer_len); 
            buff[n] = 0;
            if(read == 0)
            {
                std::cout << "one client quit..." << std::endl;
                continue;
            }else if(read < 0)
            {
                 std::cout << "read error..." << std::endl;
                 break;
            }
            //获取客户端的端口和IP
            std::string clientip = inet_ntoa(peer.sin_addr);
            uint16_t clientport = ntohs(peer.sin_port);
            std::cout << buff << std::endl; //回显客户端信息
            //调用回调函数处理数据
            _callback(_sock,clientip,clientport,buff);
        }
    } 
};

User.hpp代码：

这个头文件有2个类，User类是对用户的一层抽象，如果你用户还有其他的信息也可以加入到User类中。UserManage是对在线用户的管理，提供了增删查操作，以及消息广播。

#pragma once 
#include <iostream>
#include <string>
#include <unordered_map>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>


class User
{
public:
    User(uint16_t port , const std::string& ip) :_port(port),_ip(ip){}

    std::string ip(){return _ip;}
    uint16_t port(){return _port;}
private:
    uint16_t _port;
    std::string _ip; 
};


class UserManage
{
public:
    //上线
    bool online(uint16_t port,const std::string& ip)
    {
        std::string id = ip + "-" + std::to_string(port); 
        auto it = _users.find(id); 
        User u(port,ip);
        //如果不在上线列表中，加入到上线列表
        if(it == _users.end()) 
        {
            _users.insert(std::make_pair(id,u));
            std::cout <<"[" <<  id << "  is online]" << std::endl;
        }
        else return false;

        return true;
    }
    //下线
    bool offline(uint16_t port,const std::string& ip)
    {
         std::string id = ip + "-" + std::to_string(port);
         auto it = _users.find(id);
         if(it != _users.end())
         {
            _users.erase(id); //移除在线列表
            std::cout <<"[" <<  id << "  is offline]" << std::endl;
            return true;
         }
         //没找到该用户，下线错误
         return false;
    }

    //用户是否在线
    bool isonline(uint16_t port,const std::string& ip)
    {
         std::string id = ip + "-" + std::to_string(port);
        auto it = _users.find(id);
        return it != _users.end();
    }

    //消息转发，把消息转发给用户列表的所有人
    void broadcastMessage(const std::string& message, int _sock,std::string ip,uint16_t port)
    {
        for(auto& u : _users)
        {
            //构建客户端sockaddr_in
            uint16_t u_port = u.second.port(); //要广播的客户端端口
            std::string u_ip = u.second.ip();  //要广播的客户端ip
            struct sockaddr_in client; 
            client.sin_family = AF_INET; 
            client.sin_port = htons(u_port); 
            client.sin_addr.s_addr = inet_addr(u_ip.c_str()); 
            //这里的ip和port是发送消息人的端口和port
            std::string response = ip + "-" + std::to_string(port) + " :" + message;

            //发送消息
            sendto(_sock,response.c_str(),response.size(),0,(struct sockaddr*)&client,sizeof client);
        }
    }

private:
    std::unordered_map<std::string,User> _users;  //记录在线用户
};

client客户端实现

客户端必须要保证至少2个线程，因为读消息和发送消息在一个线程里进行的话，会发送IO阻塞。除非你用多路转接=,=这里暂时不使用这种方法。

client.cc代码：

#include "client.hpp"
#include <memory>

int main(int argc , char* argv[])
{
    if(argc != 3)
    {
        std::cout << "Usage : " << argv[0] << "   serverip  serverport" << std::endl; 
        exit(1);
    }
    uint16_t port = atoi(argv[2]); 
    std::string ip = argv[1];
    std::unique_ptr<UdpClient> cli(new UdpClient(port,ip)); 
    cli->init();
    cli->start();
}

client.hpp代码：

start函数负责处理用户发送的消息，RecvMessageThread函数是线程的执行函数，负责收服务器广播回来的消息，并把消息打印在公屏上，注意回显消息要用cerr打印！因为我们测试的时候会把cout重定向到一个命名管道中。

#pragma once
#include <string>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
#include <iostream>
#include <arpa/inet.h>
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <pthread.h>

class UdpClient
{
public:
    UdpClient(uint16_t port, const std::string &ip) : _port(port), _svr_ip(ip) {}
    ~UdpClient() { close(_sock); }

    void init()
    {
        // 套接字创捷
        _sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
        if (_sock < 0)
        {
            std::cout << "create socket failed...." << std::endl;
            abort();
        }
    }

    // 线程执行函数，负责接收消息
    static void *RecvMessageThread(void *args)
    {
        while (1)
        {
            int *sock = (int *)args; //提取sock套接字

            // 收服务器广播来的消息
            char recvbuff[1024 * 4] = {0};
            recvfrom(*sock, recvbuff, sizeof recvbuff - 1, 0, nullptr, nullptr);
            // 打印回收到的消息
            std::cout << recvbuff << std::endl;
        }
        return nullptr;
    }
    void start()
    {
        // 创建服务器的 sockaddr结构
        struct sockaddr_in svr;
        svr.sin_port = htons(_port);
        svr.sin_addr.s_addr = inet_addr(_svr_ip.c_str());
        svr.sin_family = AF_INET;

        // 发送消息的缓冲区
        char sendbuff[1024] = {0};

        // 创建一个线程来接收别人发送的信息
        pthread_t tid;
        pthread_create(&tid, nullptr, RecvMessageThread, (void *)&_sock);

        // 该线程负责发送消息
        while (1)
        {
            // 输入消息
            std::cerr << "Enrty # ";
            fgets(sendbuff, sizeof sendbuff - 1, stdin);
            sendbuff[strlen(sendbuff) - 1] = 0;
            std::string message = sendbuff;
            // 发送消息
            sendto(_sock, message.c_str(), message.size(), 0, (struct sockaddr *)&svr, sizeof svr);
        }
    }

private:
    int _sock;
    uint16_t _port;
    std::string _svr_ip;
};

测试代码：

首先我们启动服务器，绑定端口8080(这个绑定其他的也可以)。

在这里插入图片描述

随后启动一个客户端，创建一个管道，这里的管道就相当于聊天室中的公屏，而自己在命令行里输入的是自己的输入窗口。而不是输入栏和接收栏都用一个窗口，这样显得十分怪异，因为自己的消息会回显2次。

在这里插入图片描述

随后一个窗口启动客户端并把内容重定向到管道，一个窗口监视管道。

在这里插入图片描述

此时的客户端是没有在线的，我们输入online即可上线。

在这里插入图片描述

此时我们再创建一个客户端，进行同样的操作，但是暂时不要上线，看看没上线的客户端是否可以和上线的客户端通信。我们会发现没上线的客户端发消息，上线的客户端是看不见的。

在这里插入图片描述

我们让上线的客户端也发送消息，我们发现客户端2是无法收到的。

在这里插入图片描述

我们让客户端2输入online登录，随即两个客户端进行通信,而一旦客户端2下线后，客户端2的消息将无法被送达客户端1。

在这里插入图片描述

因为命令行，只有使用ctrl+退格键才能退格，而退格之后会产生乱码…这些都是小事情，和程序本身无关。

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