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由于因特网的迅速流行#xff0c;越来越多的应用程序具备了在网上与其它程序通信的能力。从WIN95开始微软把网络功能融进了它的操作系统#xff0c;使得应用程序网络通信能力更为普及。因此#xff0c;微软的TCP/IP协议也就成为网络应用程序基于的首选协议。
一般采…引言
由于因特网的迅速流行越来越多的应用程序具备了在网上与其它程序通信的能力。从WIN95开始微软把网络功能融进了它的操作系统使得应用程序网络通信能力更为普及。因此微软的TCP/IP协议也就成为网络应用程序基于的首选协议。
一般采用TCP/IP协议的应用程序只实现了单用户与服务器间点对点的连接而本文在VC6.0的环境下运用了了多线程以及共享数据结构技术不仅实现了多用户与服务器间的连接而且解决了多用户间信息互发问题----依靠服务器的转发功能。通过本文的阐述希望能对那些需要编写多用户网络通信程序的读者以启发。
一、技术概述
1.1 基于TCP/IP的通信技术
基于TCP/IP的通信基本上都是利用SOCKET套接字进行数据通讯程序一般分为服务器端和用户端两部分。下面简要地讲一下设计思路VC6.0下
第一部分 服务器端
一、创建服务器套接字create。
二、服务器套接字进行信息绑定bind并开始监听连接listen。
三、接受来自用户端的连接请求accept。
四、开始数据传输(send/receive)。
五、关闭套接字closesocket。
第二部分 用户端
一、创建用户套接字create。
二、与远程服务器进行连接connect如被接受则创建接收进程。
三、开始数据传输(send/receive)。
四、关闭套接字closesocket。
通过以上设计思路我们可以创建一个简单的面向连接的单用户程序。下面将介绍多线程技术以使程序支持多用户。
1.2 多线程技术
我们可以把线程看成是一个进程执行程序中的一个执行点每个进程在任何给定时刻可能有若干个线程在运行。一个进程中的所有线程共享该进程中同样的地址空间同样的数据和代码以及同样的资源。进程中每个线程都有自己独立的栈空间和其它线程分离并且不可互相访问。每个线程在本进程所占的CPU时间内要么以时间片轮换方式要么以优先级方式运行。如果以时间片轮换方式运行则每个线程获得同样的时间量如果以优先级方式运行则优先级高的线程将得到较多的时间量而优先级低的线程只能得到较少的时间量。方式的选择主要取决于系统时间调度器的机制以及程序的实时性要求。
现在运用多线程技术就可以实现对多用户的支持。即在服务器端使接收来自用户端的连接请求accept这步无限循环每接收一个用户请求产生两个线程send和receive线程用来管理服务器与该用户的通信任务。下面运用共享数据结构技术就可以实现本问所要解决的关键技术---服务器转发技术。
1.3 共享数据结构技术
同一进程中的多个线程共存于单一的线性地址空间因此在多线程间共享数据结构是非常容易且方便的。但必须注意的是对数据结构的访问必须是多线程互斥的否则数据任意更改将导致不可预料的结果。本文所阐述的服务器转发技术也就是通过共享数据结构实现线程间的互相通信。
二、实现方案
整体方案的构思图如下 通过上图我们可以看到整个系统分为三个相关的程序即注册/登陆服务器、通信服务器以及用户程序。其中注册/登陆服务器负责用户的注册、登陆以及数据库管理通信服务器负责完成数据转发以及共享数据结构的管理用户端则完成注册、登陆和通信功能。为什么要把服务器分为两部分呢主要是考虑到服务器的用户容量问题以及对通信服务器的保护只有在通过验证后用户在能与通信服务器连接。
由此可见整个系统通信任务的实现还是很复杂的。用户端首先必须注册自己等待注册成功然后根据自己的注册信息进行服务器登陆登陆成功后才能与通信服务器连接进行用户间通信。
注册/登陆服务器接收到用户端的信息后首先判断是注册信息还是登陆信息。如果是注册信息则将该数据按预定的格式写入数据库然后返回注册成功的消息期间有任何异常产生服务器都会返回注册失败消息提示用户重新注册如果是登陆信息则从数据中提取用户名和ID与数据库中的内容进行比较如果该用户存在则返回登陆成功消息反之返回登陆失败消息。
通信服务器所完成的主要功能是数据转发这是通过与图中的共享数据结构进行交互完成的。服务器接收到用户端发来的消息后提取消息的一部分与共享数据结构存储的内容进行比较确定所要转发的对象最后通过多线程及其通信机制完成数据转发。 下面我们将分三部分来讨论系统的具体实现过程。
三、具体实施
3.1 注册/登陆服务器
注册/登陆服务器程序是基于对话框的该程序使用I/O端口56789与用户端连接。
首先在对话框初始化的同时完成网络初始化即执行Init_net()函数代码不完整如下 view source print ? 01. BOOL CServerDlg::Init_net() 02. {网络初始化/// 03. addrLensizeof(SOCKADDR_IN); 04. statusWSAStartup(MAKEWORD(1, 1), Data); 05. ……… 06. memset(serverSockAddr, 0, sizeof(serverSockAddr)); 07. 08. /*以下指定一个与某个SOCKET连接本地或远程地址*/ 09. 10. serverSockAddr.sin_porthtons(PORT); 11. serverSockAddr.sin_familyAF_INET; 12. serverSockAddr.sin_addr.s_addrhtonl(INADDR_ANY); 13. serverSocketsocket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);//初始化SOCKET 14. ……… 15. 16. statusbind(serverSocket,(LPSOCKADDR)serverSockAddr,sizeof(serverSockAddr)); //将SOCKET与地址绑定 17. ……… 18. statuslisten(serverSocket, 5); //开始监听 19. ……… 20. return true; 21. } 接着按下RUN键开始服务器功能执行Reg_Load()函数使服务器始终处于等待连接状态但这样也使该线程始终阻塞。当有用户连接时该函数创建一个任务用于处理与用户及数据库的事务。具体任务函数略详见原始代码文件。 view source print ? 01. void CServerDlg::Reg_Load() 02. { 03. while(1) 04. { 05. CWinThread* hHandle; 06. clientSocketaccept(serverSocket,(LPSOCKADDR)clientSockAddr,addrLen); //等待连接阻塞 07. hHandleAfxBeginThread(talkToClient,(LPVOID)clientSocket);//有连接时创建任务 08. ……… 09. } 10. } 任务函数在接收到消息时要对数据库进行操作由于数据库较简单采用ODBC连接ACCESS数据库将netuser.mdb在ODBC数据管理器中安装成同名数据源具体代码略。
3.2 通信服务器
通信服务器是本程序实现的关键它运用共享数据结构技术及多线程技术通过I/O端口56790与用户端连接实现了数据转发功能。首先程序初始化网络Init_net()接着当用户连接到服务器时创建接收线程和发送线程这样就可以实现数据转发。最后当用户断开连接时服务器关闭与他的连接并结束相应的线程。
下面我们来看一下本程序中的共享数据结构的具体内容与使用方法以及多线程的相关内容与实现。
● 共享数据结构
本程序的共享数据结构一共有两个即socket_info和send_info。前者包含了所有登陆用户的一些基本资料后者则包含了当前服务器接收到的用户端所发送的信息资料。详细内容及注释如下 view source print ? 01. struct socket_info 02. { 03. SOCKET s_client; //用户的SOCKET值 04. u_long client_addr; //用户网络地址 05. CString pet; //用户昵称 06. CWinThread* thread; //为该用户创建的发送线程对象的指针 07. }; 08. 09. struct send_info 10. { 11. CString data; //用户端发送的数据内容经过编辑 12. CWinThread* thread; //需要发送数据的任务指针 13. }; 在程序中定义两个全局变量用来在线程间共享 view source print ? 1. send_info info_data; CLists_info; 每当有用户连接到服务器服务器就将用户端的一些信息以socket_info结构体的形式存入s_info列表中而当服务器接收到用户端发送过来的数据时就将数据格式化后存入结构体info_data通过与结构体列表比较确定需要恢复的发送线程所有发送线程在创建时都被挂起。这样服务器就准确地转了发数据。
●多线程
每当服务器上有用户连接成功服务器都会为其创建两个线程接收线程RecvData和发送线程SendData并且接收线程在创建后处于可执行状态而发送线程则阻塞等待服务器将其唤醒。这两个线程都执行一个无限循环的过程只有当通信出现异常或用户端关闭连接时线程才被自身所结束并且这两个线程一定是同时生成同时结束的。很显然每个连接产生两个线程使得数据转发变的简单但同时又使得服务器的任务加重。因此用户端的连接数量有所限制视服务器软、硬件能力而定。
同时由于多线程对结构体info_data都需要操作所以线程间必须同步。这儿我定义了互斥量CMutex m_mutex用它的方法Lock()和Unlock()来完成同步。
我们首先来看一下接收线程RecvData不完整代码 view source print ? 01. UINT RecvData(void* cs) 02. { 03. SOCKET clientSocket(SOCKET)cs; 04. while(1) 05. { 06. numrcvrecv(clientSocket, buffer, MAXBUFLEN, NO_FLAGS_SET); 07. buffer[numrcv]\0; 08. if(strcmp(buffer,Close!)!0) //不是接收的“Close”数据 09. { 10. ………… 11. for(i0;iResumeThread(); //恢复发送相应的线程 12. break; 13. } 14. } 15. } 16. else 17. { 18. ………… 19. if(clientSockets1.s_client) 20. { 21. m_mutex.Lock(); //互锁 22. info_data.databuffer; 23. m_mutex.Unlock(); //解锁 24. s1.thread-ResumeThread(); //恢复发送相应的线程 25. s_info.RemoveAt(po1); //删除该用户信息 26. break; 27. } 28. ……… 29. goto aa; 30. } 31. } 32. aa: closesocketlink((LPVOID)clientSocket); //关闭连接 33. AfxEndThread(0,true); //结束本线程 34. return 1; 35. } 接下来看一下发送线程SendData不完整代码 view source print ? 01. UINT SendData(void* cs) 02. { 03. SOCKET clientSocket(SOCKET)cs 04. while(1) 05. { 06. if(info_data.data!Close!) 07. { 08. m_mutex.Lock(); //互锁 09. numsndsend(clientSocket,info_data.data, 10. info_data.data.GetLength(),NO_FLAGS_SET); //发送数据 11. nowinfo_data.thread; 12. m_mutex.Unlock(); //解锁 13. now-SuspendThread(); //自身挂起 14. } 15. else 16. { goto bb; } 17. 18. } 19. bb: closesocketlink((LPVOID)clientSocket); //关闭连接 20. AfxEndThread(0,true); //结束本线程 21. return 1; 22. } 3.3 用户端
很显然用户端不用考虑多线程网络连接技术也比较成熟因此在通信方面没有什么难题。但是用户端是面向实际用户的所以不论是界面还是功能都必须友好。就像大多数软件的更新一样界面友好度的提高以及功能的完善往往是放在首位的。由此可见单从总体设计与技术实现角度来讲用户端的工作量是十分大的并且设计较服务器端复杂得 多。我粗略总结了以下几条
●与服务器通信格式兼容
●操作简单、易用有美观的界面及快捷键
●准确地接收和传输数据
●所有的数据记录与提取功能
●多种消息接收提示方式比如托盘图标发送者头像闪烁、声音提示等
根据以上内容我设计了三个独立的对话框分别用来完成注册、登陆、通信功能登陆和注册对话框与服务器的56789I/O端口连接通信对话框与服务器的56790I/O端口连接这样就很好地实现了注册登陆与通信的隔离既能使服务器负载降低同时又能保证一定的通信安全性。
由于本部分不是主要内容详细代码见程序。
四、结束语
通过以上阐述可以知道本系统分为服务器端和用户端服务器端又分为注册/登陆服务器和通信服务器通过通信服务器的转发功能实现了局域网内的多用户通信功能。本文运用了多线程技术和共享数据结构技术实现了通信服务器的转发功能使一般基于TCP/IP的网络应用程序得到了发展。本系统已经在我实验室的局域网一台服务器二十台客户机运行通过。 参考文献
[1] Eugene Olafsen ,Kenn Scribner, K.David White等著. MFC Visual C 6.0编程技术内幕. 北京机械工业出版社 2000.2
[2] Charles Wright. Visual C程序员实用大全. 北京中国水利水电出版社 2001.10
作者信息: 袁 渊华东船舶工业学院 机械系江苏 镇江 212003
转自http://www.vckbase.com/index.php/wv/200 下面还有一篇文章对上述文章的补充 《基于TCP的局域网多用户通信、文件传送程序详解》 看了袁渊先生在VC知识库《在线杂志》第14期发表的文章《基于TCP/IP的局域网多用户通信》感觉受益颇多但也觉得里面有一些不太完善的地方具体来说主要有
1.两个服务器单独运行且主线程均阻塞用户界面死锁不便于控制
2.聊天服务器线程和互斥量的使用可能导致死锁
3.不能实现文件传送文件传送可不能由服务器转发否则非把它累趴下不可^-^
4.不能由用户进行网络设置所以在不同的网络使用必须修改源程序等等
我在此基础上重新设计编写了一个系统具体如下
一、构架设计
整个系统分为三个相关的程序模块即注册登陆服务器(wbQQRegSer)、聊天通信服务器(wbQQChat)以及用户程序(wbQQClient)。其中注册登陆服务器负责用户的注册、登陆以及数据库管理通信服务器负责完成数据转发以及共享数据结构的管理用户端则完成注册、登陆、通信和文件传送功能。在进行文件传送时任一客户程序均可以既作为文件传送服务器发送文件也可以作为客户端接收文件实现半双工的文件传送。整个系统构成如图一 图一 系统构架图
二、注册登录服务器设计
注册登录服务器采用面向连接的并发式方式服务器设计成为一个对话框程序。调用WSAStartup初始化动态库socket函数创建套接字bind函数绑定本地IP地址和端口listen函数使套接字进入侦听然后由于调用accept()函数将产生阻塞所以不宜在主线程中调用该函数因而在初始化网络后当用户按下“运行注册登录服务器”按钮后利用侦听套接字启动注册登录线程RegLoad(void *s)进入无限循环在线程中调用accept函数用来接受来自客户端的连接请求每当一个连接请求到来时accept()函数将产生一个新的套接字利用这个套接字产生一个新的线程talkToClient(void *cs)与客户端进行通信并读写数据库通信完毕后关闭该套接字和线程原来的侦听套接字继续处于侦听状态。
两个服务器程序可以在同一台物理机器上运行也可以在不同的机子上运行为方便服务器的控制在注册登录服务器调用函数 view source print ? 01. CreateProcess( NULL, 02. .\\..\\wbQQChat\\wbQQChat.exe, // Command line. 03. NULL, // Process handle not inheritable. 04. NULL, // Thread handle not inheritable. 05. FALSE, // Set handle inheritance to FALSE. 06. 0, // No creation flags. 07. NULL, // Use parents environment block. 08. NULL, // Use parents starting directory. 09. si, // Pointer to STARTUPINFO structure. 10. pi ) 11. 创建聊天通信服务器进程想关闭时则调用TerminateProcess(m_hProcChat, 2)函数关闭此进程。
三、聊天通信服务器设计
聊天通信服务器设计为无界面的进程创建时先建一个基于对话框的应用程序然后把对话框类删除把APP类里面与对话框有关的语句全删除即可创建无界面进程采用共享数据结构为每个客户端创建两个线程实现接收和转发的功能。第一个线程用于发送 view source print ? 1. hHandleSend AfxBeginThread(SendData,(LPVOID)clientSocket,0,0,CREATE_SUSPENDED,NULL); 第二个线程用于接收 view source print ? 1. hHandleRecv AfxBeginThread(RecvData, (LPVOID)clientSocket); 四、客户端设计
客户端设计成为对话框的用户界面主要分成四个模块分别是注册模块、登录模块、聊天模块和文件传送模块。
在程序运行后的第一个对话框客户可以选择登录或注册若是注册则启动注册向导分三步完成注册工作第一步为基本信息登记包括头像选择、用户名、性别、密码其中用户名和密码将在注册成功后登录使用。第二步为详细资料包括真实姓名、城市、E-mail地址和电话号码。第三步为网络设置分别是注册登录服务器的IP地址和端口号聊天通信服务器的IP地址和端口号也就是说两个服务器程序可以分别位于不同的物理机器以减轻服务器运行时的负荷。点击确定后客户端将与指定的IP地址和端口号去连接注册登录服务器成功连接后服务器执行注册操作并返回注册结果。
客户注册成功后即可用注册时的用户名和密码进行登录将登录信息按注册时的网络设置发往服务器服务器执行登录操作并返回注册结果登录成功则连接聊天通信服务器否则退出程序。
登录成功出现聊天对话框可以从下拉组合框选择好友发送信息的同时将信息写入聊天记录文件服务器收到信息后依照接收者用户名进行转发。若客户收到信息则闪动托盘处的图标提示用户收到信息用户可以点击回答进行回复。
当登录成功后用户也可以在选择好友后点击传送文件按钮来进行文件传送。当客户A向客户B发送文件时A弹出传送文件对话框提示给B发送文件等待B的回应客户B将弹出消息框告知A向B发送文件B可以接收也可以拒收。文件收发完毕后点击关闭按钮关闭文件传送对话框。
五、网络传输协议设计
为了让客户端和服务器能够协同工作必须在通信过程中定义一套规则也就是协议让双方能够相互听懂并依照协议执行相应的功能块。
客户端注册时发送的消息为Reg: BasicDlg.m_strUserName BasicDlg.m_nAge sex BasicDlg.m_strPassWd MiscDlg.m_strTruName MiscDlg.m_strCity MiscDlg.m_strEmail res MiscDlg.m_strTel注册时发送消息的头部为Reg。登录时发送的消息为Load: m_strUserName m_strPassWd登录时发送消息的头部为Load。注册登录服务器收到客房端的消息后检查其头部若是Reg则执行注册操作注册成功则返回success!用户名已经存在则返回exist!其它原因注册不成功则返回Error!若是Load则执行登录操作登录成功返回success!登录不成功则返回error!。客户端依照返回信息做出相应提示并执行相应功能模块。
登录成功后客户端将自己的用户名发送给聊天通信服务器服务器为客户端创建一个套接字两个线程并填充socketInfo结构连入链表。客户端发送消息结构为“接收者用户名” “” “发送者头像ID” “~” “星期、月、日、年、时、分、秒” \t 发送者用户名 “-” “接收者用户名” \n\r “发送的消息”其头部均为接收者用户名服务器依照用户名查找链表截掉头部后把原信息进行转发若客户端关闭 则发送消息为Close!服务器从链表中删除相应项。
客户端可能收到的消息有三种第一种为普通消息结构如前所述第二种为SendFile!表示对方想向己方传送文件第三种为Refuse!表示对方拒绝接收己方文件。客户端A想给客户端B传送文件则发送消息为SendFile!B收到SendFile!后弹出消息框提示对方向己方传送文件接收按“是”执行文件接收功能拒绝按“否”发送Refuse!
六、附加说明
1.本软件在win2000professionSP4 vc6MFC环境下开发和测试通过使用前要注册ODBC数据源数据源名称wbQQuser类型ACCESS文件名wbQQuser.mdb不明了之处请参看源程序注释很清楚。
2.多线程通信使用的全局变量导致函数耦合度较大。
3.有些函数太长导致功能不单一内聚度降低。
4.客户端点击传送文件后应使该按钮无效直到文件传送完毕或文件传送线程关闭再使之有效如不使用全局变量有什么好办法实现。
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