基于Qt的網(wǎng)絡(luò)聊天軟件服務(wù)器端設(shè)計

竇立君閆志剛韓坷罕

摘 要：聊天軟件已廣泛應(yīng)用于人們的生活中，給人們的信息收集與交流帶來了便利。詳細介紹了如何基于Qt開發(fā)具有用戶注冊、用戶資料維護、用戶列表下發(fā)、登錄校驗、消息轉(zhuǎn)發(fā)、文件傳輸?shù)裙δ艿木W(wǎng)絡(luò)聊天軟件服務(wù)器端。

關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：Qt；網(wǎng)絡(luò)聊天；消息轉(zhuǎn)發(fā)；服務(wù)器端；文件傳輸

DOIDOI：10.11907/rjdk.162422

中圖分類號：TP319

文獻標識碼：A 文章編號文章編號：16727800（2016）011010602

0 引言

隨著聊天軟件應(yīng)用于人們生活的各個方面，為人們的工作、生活提供了很多便利，人們可以通過互聯(lián)網(wǎng)進行信息的收集和整理，以及與不同地方的人交流。第一個具有影響力的即時通訊軟件是ICQ，它在1996年底推出，現(xiàn)在已擁有245個國家的大約2億用戶。目前的聊天軟件基本都是由服務(wù)器端和客戶端兩部分組成，其中客戶端分為Web版和本地版。無論哪種版本，它們都需要通過與服務(wù)器端的通信來實現(xiàn)最終功能。本文從服務(wù)器端功能分析、工作流程、關(guān)鍵代碼設(shè)計等方面闡述了聊天軟件服務(wù)器端的設(shè)計過程[1]。

1 系統(tǒng)分析

對服務(wù)器的功能需求進行分析，是成功構(gòu)建一個聊天系統(tǒng)服務(wù)器的第一步，該步驟對于之后設(shè)計服務(wù)器的模塊工作是不可或缺的。即時聊天系統(tǒng)服務(wù)器的需求分析具體分為以下幾部分：

（1）登錄校驗。

輸入：來自客戶端的用戶名和密碼。

處理流程：與數(shù)據(jù)庫中的用戶名和密碼匹配，并反饋結(jié)果給客戶端。

輸出：匹配成功或失敗。

（2）用戶注冊。

輸入：來自客戶端的用戶名和密碼。

處理流程：在數(shù)據(jù)庫中寫入新用戶名和密碼，并反饋結(jié)果給客戶端。

輸出：新建成功或失敗。

（3）消息轉(zhuǎn)發(fā)。

輸入：客戶端發(fā)送的聊天信息。

處理流程：根據(jù)需要發(fā)送的用戶名進行轉(zhuǎn)發(fā)，用戶不在線時另作處理。

輸出：轉(zhuǎn)發(fā)信息給發(fā)往方。

（4）文件傳輸。

輸入：客戶端發(fā)送的文件數(shù)據(jù)。

處理流程：直接轉(zhuǎn)發(fā)到發(fā)往方。

輸出：轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)給發(fā)往方。

（5）用戶資料維護。

輸入：客戶端發(fā)送的更新請求。

處理流程：按請求更新數(shù)據(jù)庫中對應(yīng)的數(shù)據(jù)。

輸出：更新成功或失敗。

（6）用戶列表下發(fā)。

輸入：用戶登錄成功。

處理流程：當某用戶登錄成功后，下發(fā)在線用戶列表給該用戶。

輸出：在線用戶列表。

根據(jù)服務(wù)器端的需求分析，進行功能模塊的劃分，包括封包解析模塊、封包生成模塊、封包分發(fā)模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、用戶注冊模塊、用戶登錄模塊、文本信息轉(zhuǎn)發(fā)模塊、離線文本信息轉(zhuǎn)發(fā)模塊、文件傳輸模塊、用戶列表下發(fā)模塊、用戶資料模塊、超時檢測模塊。這些模塊既能獨立完成相關(guān)功能，又能相互協(xié)調(diào)，合作完成最終任務(wù)。

2 工作流程

有了完整的模塊劃分，現(xiàn)在需要構(gòu)建服務(wù)器的工作流程，讓服務(wù)器運轉(zhuǎn)起來。此聊天服務(wù)器的核心工作流程，簡單而言，即不斷把消息包分類攤派到各個不同處理模塊中的過程。

服務(wù)器在指定端口上偵聽數(shù)據(jù)包，當接收到數(shù)據(jù)包后，首先調(diào)用封包解析模塊對數(shù)據(jù)包進行解析，獲取命令類型，再根據(jù)不同命令類型調(diào)用不同模塊。模塊處理完成后，再調(diào)用封包生成模塊來打包結(jié)果，把處理結(jié)果發(fā)送給客戶端。

當接收到登錄命令時，將調(diào)用登錄管理模塊判斷是否可以登入系統(tǒng)，不管是否能登入，都把結(jié)果打包返回客戶端。如能成功登入，則繼續(xù)調(diào)用用戶列表下發(fā)模塊，把在線用戶列表打包發(fā)送給客戶端；當接收到注冊命令時，將調(diào)用用戶注冊模塊往系統(tǒng)中添加新用戶，注冊模塊會調(diào)用數(shù)據(jù)存儲模塊進行處理，然后把結(jié)果打包返回客戶端；當接收到資料更新命令時，將調(diào)用資料管理模塊，資料管理模塊又會調(diào)用數(shù)據(jù)存儲模塊進行處理，處理完成后把結(jié)果反饋給客戶端；當接收到文本消息時，將調(diào)用文本消息轉(zhuǎn)發(fā)模塊進行處理，該模塊從解析得到的結(jié)果中獲取所要發(fā)送的客戶端并轉(zhuǎn)發(fā)。如果檢測到所要發(fā)送的客戶端不在線，則轉(zhuǎn)入離線消息模塊處理。

用戶登錄后，客戶端會定時發(fā)送心跳包到服務(wù)器，服務(wù)器自動維護此在線狀態(tài)列表，并定時執(zhí)行超時檢測模塊，把超時用戶從在線列表中刪除。

3 關(guān)鍵代碼設(shè)計

Qt使用源代碼級“一次編寫，隨處編譯”的方式構(gòu)建多平臺圖形用戶界面程序，它完全面向?qū)ο笄液苋菀讛U展，為應(yīng)用程序開發(fā)者建立藝術(shù)級圖形用戶界面提供了所需功能，提供了信號與槽的機制替代回調(diào)函數(shù)，使組件間的信號傳遞更加安全、簡單。因此，它已經(jīng)成為全世界范圍內(nèi)數(shù)千種成功的應(yīng)用程序的基礎(chǔ)，為世界上數(shù)千個最大的公司，包括IBM、摩托羅拉和夏普等提供開發(fā)軟件[2]。

聊天服務(wù)器的工作流程比較簡單，即：收到消息→處理消息→轉(zhuǎn)發(fā)處理后的消息。聊天服務(wù)器啟動時在特定端口監(jiān)聽，當有數(shù)據(jù)到達時，自動判斷消息類型，并進行不同處理，然后根據(jù)處理結(jié)果，將其發(fā)送給客戶端。在具體實現(xiàn)中，消息的接收、發(fā)送與判斷消息類型都比較簡單，工作量較大的是消息處理部分。因為有很多不同命令，對應(yīng)的也有不同處理過程，所以在設(shè)計中需要把這些處理過程分離成單獨的處理邏輯，在類中表現(xiàn)為不同函數(shù)。本模塊設(shè)計并不包含圖形用戶界面的相關(guān)部分，當最終的服務(wù)器軟件需要搭配圖形界面時，只需在聊天服務(wù)器模塊中定義相關(guān)信號，并在合適的時候發(fā)出信號，圖形界面程序即可通過聊天服務(wù)器模塊的信號與槽進行連接，從而實現(xiàn)顯示更新等功能。

3.1 聊天服務(wù)器端類定義

為了利用Qt的信號和槽功能，聊天服務(wù)器類直接從QObject繼承，具體代碼如下 ：

class ChatServer ： public QObject

{ Q_OBJECT

public：

explicit ChatServer（QObject *parent = 0）；

void start（quint16 port=4500）； //啟動服務(wù)

private：

void registerUser（const QString& id， const QString& password， const QHostAddress& addr， quint16 port）；//注冊用戶

bool login（const QString& id， const QString& password， const QHostAddress& addr， quint16 port）；//用戶登錄

void relayMessage（const QString& to， const QString& message， const QFont& font， const QColor& color， const QHostAddress& addr， quint16 port）；//轉(zhuǎn)發(fā)聊天消息

void sendFriendsList（const QHostAddress& addr， quint16 port）； //發(fā)送用戶列表

void feedback（const QHostAddress& addr， quint16 port）； //反饋

void logout（const QHostAddress& addr， quint16 port）； //注銷

void keepAlive（const QHostAddress& addr， quint16 port）； //激活

QUdpSocket *m_udpSender； //發(fā)送數(shù)據(jù)的UDP對象

QUdpSocket *m_udpReceiver； //監(jiān)聽數(shù)據(jù)的UDP對象

QHash m_nameHash； //名字表

QHash m_hostHash； //主機表

QHash m_aliveTimeHash； //激活狀態(tài)表

Storage m_storage； //數(shù)據(jù)存儲對象

enum {onlineTimeout = 30}； //在線超時時間

private slots：

void processPendingDatagrams（）； //網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理

void checkTimeout（）； //檢查超時狀態(tài)

}；

在ChatServer類的實現(xiàn)中，需要注意名稱表、主機表以及激活狀態(tài)表的維護，它們是維持服務(wù)器工作狀態(tài)的核心。為了實現(xiàn)快速查詢，這幾張表都采用Qt中的哈希表QHash進行存儲。例如：名稱表是用戶名到（主機，端口號）的映射，即通過用戶名可以查詢到對應(yīng)的主機地址和端口號，在轉(zhuǎn)發(fā)消息時則要使用到名稱表。

3.2 超時檢測

超時檢測功能由定時器自動執(zhí)行，以實現(xiàn)每隔固定時間更新一次在線狀態(tài)的功能。當?shù)竭_時間點時，程序開始遍歷激活狀態(tài)表中的所有用戶，檢查其最后一次的心跳包時間與當前系統(tǒng)時間的差值是否超過指定的預(yù)期，如果沒有，則表示用戶仍然正常在線；如果超時，則作自動注銷處理。具體代碼如下：

void ChatServer：：checkTimeout（）

{ QList keys = m_aliveTimeHash.keys（）； //查詢所有用戶名

QDateTime now = QDateTime：：currentDateTime（）； //獲取當前系統(tǒng)時間

for （int i = 0； i < keys.length（）； ++i） //遍歷所有用戶

{ if （m_aliveTimeHash.value（keys.at（i））.secsTo（now） > onlineTimeout） //檢查用戶是否超時

{ qDebug（） << trUtf8（"%1 timeout"）.arg（keys.at（i））；

QStringList list = keys.at（i）.split（" "）；

QHostAddress addr；

addr.setAddress（list.at（0）.toInt（））；

quint16 port = list.at（1）.toInt（）；

logout（addr， port）； //用戶超時時作注銷處理

4 結(jié)語

關(guān)鍵代碼介紹之后，其它功能代碼的接口規(guī)范及實現(xiàn)則相對容易，這里不再贅述。服務(wù)器端軟件設(shè)計完成后，配合客戶端軟件完成了消息的傳遞及轉(zhuǎn)發(fā)、客戶端文件傳輸及服務(wù)器端日志記錄等功能。后期將繼續(xù)在數(shù)據(jù)傳輸安全性與可靠性方面進行優(yōu)化，支持客戶端的其它擴展功能，提升用戶體驗。

參考文獻：

[1] 趙茁琳，陳恒如，韓利凱.基于QT的網(wǎng)絡(luò)聊天系統(tǒng)設(shè)計[J].軟件導(dǎo)刊，2015，14（4）：114115.

[2] 張春艷.基于Qt的嵌入式圖形用戶界面研究與實現(xiàn)[D].大連：大連海事大學(xué)，2008.

[3] 丁林松，華麗琴.Qt4圖形設(shè)計與嵌入式開發(fā)[M].北京：人民郵電出版社，2009.

[4] [英]薩默菲爾德.Qt高級編程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[5] 吳迪.零基礎(chǔ)學(xué)Qt4編程[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2010.

[6] 代勇.Visual C++網(wǎng)絡(luò)通信編程技術(shù)詳解[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.

（責(zé)任編輯：黃 ?。?