1. 前言
即时通信软件的出现使人与人之间的交流相处变得更加便捷。好友即使远隔千里，依旧可以互相通信，使得友谊得以长存；亲人即便因工作相隔很远，依然可以多多联系，以便家人安心，自己舒心；正是即时通信系统使得信息走向便捷化的道路，人与人之间的交流沟通更是方便。反过来也是信息交流的不可或缺，使得即时通信系统更加具备研究价值，互联网对其的重视从不减少，反倒是与日俱增，人们对其的功能构想更是丰富多样，更是推动了互联网大环境的发展。
这篇文章就设计一个简单的即时通讯软件，也就是类似于 QQ 这种聊天软件，通过这个软件设计实现过程来了解 TCP 网络编程知识点、客户端设计思路、公网服务器部署方式等知识；本身软件并不复杂，实现的都是一些基本功能，主要是通过这套软件的设计过程来对应介绍相关的知识点。
软件整体包含了一个客户端、一个服务器。客户端采用 QT 设计，支持跨平台运行，服务器采用 Linux 系统运行，为了方便实现公网聊天，不局限于局域网，服务器采用了华为云的ECS弹性服务器，系统选择了 ubuntu18.04 64 位 。 服务器端存储数据的数据库采用华为云的 mySQL 云数据，华为云 MySQL 数据的使用方式在上篇文章里讲过了。客户端的数据库采用 SQLITE，数据都是存储在本地的，存储一些聊天记录等信息。
下面是客户端的界面效果:（1）这是客户端登录界面。客户端可以无限运行，一个客户端就登录一个账号。
（2）这个截图清晰些
（3）这是登录之后的窗口
（4）这是两个好友登录之后，聊天的效果。登录需要登录服务器。
接下来就从服务器的购买、部署、开始介绍整体软件的设计。
2. 部署 ECS 云服务器
华为云的 ECS 云服务器现在购买也挺便宜的，刚好赶上 618 活动。官网地址: https://www.huaweicloud.com/
鼠标光标放在左上角的产品字样上，会弹出一个列表，介绍可以使用购买的产品。
可以看到，ECS 服务器挺火的，HOT 字样都打上了。
云服务器本身就类似一台远程电脑，配上公网 IP，可以随时远程上去操作。有了这个服务器就很方便了，可以 24 小时不关机，也不用关心耗电问题，不用关心维护问题，只要自己代码没问题，就能一直稳定运行的跑。
如果初次使用服务器，也可以去免费领取一个的使用权，这个还是很方便的。
领取地址: https://www.huaweicloud.com/就在华为云的首页，可以看到免费试用产品。
现在有点晚了，服务器已经被领取完了，每天早上 9 点半会发放。
我之前已经领取过了，所以这里就不管了。
领取也很简单，下面贴一下当初领取时的过程记录。（1）首先点击你想要的配置和类型领取
（2）选择配置。如果有选择，当然选择最高配置。
（3）选择操作系统，这里截图上选择的是 ubuntu20.04 64 位，也有 ubuntu18.04 可以选择，还有其他系统，具体看自己的需求。
（4）这里设置服务器的 root 登录密码，最好在这里就一次设置好，后面也不用再去修改。
（5）接下来就是按照流程点击下一步即可。
（6）在订单详情页面会看到资源正在创建，需要等待一段时间就会成功。
服务器买了之后，可以点击右上角的控制台按钮，去查看自己的服务器了。
在控制台页面，点击资源管理，可以看到自己有哪些实例可以使用，分别在什么区域。
点击进去自己的服务器详情页面。
服务器创建之后已经绑定了公网 IP 地址，这些就不用自己再次设置了。
接下来还需要设置一下安全组规则，开放一下外网访问的端口，如果不设置，不开放端口，外网无法访问服务器里的服务，这也是防火墙安全的控制手段。
点击添加规则按钮，设置自己需要开放的 IP 地址网段，端口范围就行了。
接下来点击页面上的远程登录按钮，登录一下服务器。
登录方式有多种，先选择一个默认方式，先体验一下，看看自己的服务器。
输入密登录即可。
登录之后进入命令行终端，熟悉的命令行出现了。
到此，一台全新的服务器已经搞定了，接下来就可以编写代码运行了。
3. 使用 SSH 协议登录服务器
在网页上直接登录，操作起来始终不方便，我在 windows 下一般使用SecureCRT 登录服务器。服务器支持 SSH 协议登录，登录是很方便。只需要知道服务器的公网 IP 地址、系统的用户名、系统密码即可。公网地址就在服务器详情页面可以看到。用户名就是 root，密码就是自己创建服务器时设置的密码。
下面就看一下登录效果:
点击接受并保存。
输入用户名、密码即可登录上去。
到此，采用 SSH 协议、利用终端软件成功登录了服务器，接下来就可以正常的开发了。
4. 即时系统整体设计思路
(1) 服务器设计:
登录认证： 服务器从客户端接收账户和密码，创建线程比对数据库中该用户账号、密码，比对成功，则返回用户信息给客户端，确认可进行登录。
客户端连接信息保存： 用户在客户端成功登录后，其所属账号、IP 以及端口号被记录在数据库的连接信息表中以便管理。此时用户状态被置为 1。反之，用户在客户端退出时，其账号、IP 被连接信息表清除，此时用户状态被置为 0.
用户注册： 当新用户使用时，用户需要填写用户名和密码。此时用户注册信息将存入数据库中，以备下次登录所需[10]。
增加好友： 服务触发增加好友的事件请求后，会即时将其账号信息存录数据库中进行管理。
删除好友： 服务器触发删除好友的事件请求后，会即时清除数据库中该用户的账户信息。
查找好友： 服务器一旦触发查找好友的事件请求时，会即时比对数据库中信息表的好友信息，该账号信息存在就可成功找到。
修改好友： 服务器触发好友信息修改的事件请求后，会即时更新该用户的账户信息。
好友通信： 服务器触发触发通信的事件请求时，会即时查询数据库中好友连接信息，再由此信息返回好友的 ip 地址及端口号给用户。
(2) 客户端设计:
用户注册： 用户在通信系统的客户端登录界面上输入账号、密码。接着，用户可单击按钮进行注册操作。此时，注册信息会即时发送给服务器，录入数据库进行管理。注册完，关闭客户端。下次登录时，用户通过客户端与服务器连接，查找账户信息，服务器判定账户信息正确，即表明注册成功。
用户登录： 用户点击“登录”按钮，根据客户端输入的账号信息判定其是否为空。若为空，程序运行不执行下述操作：向服务器发送登录请求。若不为空，程序运行即刻执行下述操作：向服务器发送登录请求。
好友在线状况： 客户端收到来自服务器的好友在线信息，好友联系人列表会发现此用户信息，表明该用户处于在线状态。用户可双击任一在线好友，双方即可进行交流。
一对一聊天： 用户双击联系人列表中任一在线友人。这时，客户端会给服务器发请求。服务器收到请求后，即时给客户端发送有关好友 ip 地址和端口号的连接信息。最终，双方实现信息交互。双方在聊天框中交流，客户端还含有好友聊天记录功能即消息管理。
群组聊天： 用户点击“群组”图标，客户端就会发送事件请求给服务器。服务器触发事件请求后，即时给客户端发送群聊的连接信息，此连接信息与群聊 ip 地址和端口号有关。最终，多人通信的用户通过客户端聊天界面实现信息交互。
5. 服务器代码
为了方便拷贝代码到服务器上去，我这里采用 NFS 服务器的方式拷贝，在服务器上搭建 NFS 服务器，共享一个目录出来，本地 linux 系统挂载，将代码这些文件拷贝过去。
（1）服务器端需要先安装服务器。root@ecs-348470:~# sudo apt-get install nfs-kernel-server（2）创建一个work目录方便当做共享目录使用root@ecs-348470:~# mkdir work（3）编写NFS配置文件再编写NFS服务的配置文件/etc/exports， 填入配置信息。/home/work *(rw,no_root_squash,sync,no_subtree_check,insecure) （4）然后启动服务器即可/etc/init.d/nfs-kernel-server start #启动 NFS 服务
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本地我使用的是 ubuntu18.04 系统，挂载服务器的路径，将群聊代码拷贝上去。
wbyq@wbyq:~$ sudo mount -t nfs -o nolock 122.112.212.171:/home/work /home/wbyq/mnt/[sudo] wbyq 的密码： wbyq@wbyq:~$ cd mnt/wbyq@wbyq:~/mnt$ lswbyq@wbyq:~/mnt$ sudo cp /mnt/hgfs/linux-share-dir/socket_app/* ./wbyq@wbyq:~/mnt$ lsclient_app.c server_app.cwbyq@wbyq:~/mnt$
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这是服务器的第一版群聊代码，采用多线程方式处理客户端的连接请求。群聊模式下，服务器上主要是连接客户端之后，将消息转发给其余的客户端。
**代码已经拷贝上去: **
群聊服务器版本代码实现如下:
#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>#include <sys/types.h> /* See NOTES */#include <sys/socket.h>#include <netinet/in.h>#include <arpa/inet.h>#include <stdio.h>#include <poll.h>#include <stdlib.h>#include <signal.h>#include <pthread.h>
/*创建服务器：1. 创建socket套接字2. 绑定端口号(给进程固定端口号和IP地址)--65535之内。3. 设置监听的队列4. 等待客户端连接./app 8080*/int server_fd;
/*发出的消息结构*/struct send_pack{ char name[50]; char data[100]; char type; //0x1 表示上线，0x2表示下线 0x0表示正常聊天数据};
/*保存连接上服务器的客户端信息*/struct client_info{ int client_fd; struct client_info *next;};
struct client_info *LIST_HEAD=NULL;pthread_rwlock_t rwlock;
struct client_info *List_CreateHead(struct client_info *head);void List_del(struct client_info *head,int client_fd);void List_add(struct client_info *head,int client_fd);
/*信号处理函数*/void sighandler_func(int sig){ /*4. 完毕套接字*/ close(server_fd); printf("进程正常退出....\n"); exit(0);}
/*函数功能:线程处理子函数*/void *func_start(void *arg){ int client_fd=*(int*)arg; free(arg); //写加锁 pthread_rwlock_wrlock(&rwlock); //添加节点 List_add(LIST_HEAD,client_fd); //解锁 pthread_rwlock_unlock(&rwlock); int cnt; struct send_pack data_pack; struct client_info *tmp_head; int poll_stat; struct pollfd poll_fd; poll_fd.fd=client_fd; poll_fd.events=POLLIN; while(1) { poll_stat=poll(&poll_fd,1,-1); if(poll_stat>0) { cnt=read(client_fd,&data_pack,sizeof(struct send_pack)); if(cnt==0) { //写加锁 pthread_rwlock_wrlock(&rwlock); //删除节点 List_del(LIST_HEAD,client_fd); //解锁 pthread_rwlock_unlock(&rwlock); data_pack.type=2;//下线提醒 pthread_rwlock_rdlock(&rwlock); tmp_head=LIST_HEAD; while(tmp_head->next) { tmp_head=tmp_head->next; if(tmp_head->client_fd!=client_fd) { write(tmp_head->client_fd,&data_pack,sizeof(struct send_pack)); } } //解锁 pthread_rwlock_unlock(&rwlock); break; } //加锁 pthread_rwlock_rdlock(&rwlock); tmp_head=LIST_HEAD; while(tmp_head->next) { tmp_head=tmp_head->next; if(tmp_head->client_fd!=client_fd) { write(tmp_head->client_fd,&data_pack,sizeof(struct send_pack)); } } //解锁 pthread_rwlock_unlock(&rwlock); } else if(poll_stat<0) { perror("poll函数监听失败.\n"); break; } } /*6. 关闭连接*/ close(client_fd); pthread_exit(NULL);}
int main(int argc,char **argv){ if(argc!=2) { printf("./app <创建绑定的服务器端口号>\n"); return 0; } /*初始化读写锁*/ pthread_rwlock_init(&rwlock,NULL); /*绑定需要捕获的信号*/ signal(SIGINT,sighandler_func); /*创建链表头*/ LIST_HEAD=List_CreateHead(LIST_HEAD); /*1. 创建socket套接字*/ server_fd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); if(server_fd<0) { printf("server:创建socket套接字失败.\n"); return 0; } /*2. 绑定端口号*/ struct sockaddr_in server_addr; server_addr.sin_family=AF_INET; server_addr.sin_port=htons(atoi(argv[1]));//把 16 位值从主机字节序转换成网络字节序 server_addr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;//表示本地所有IP地址 if(bind(server_fd,(const struct sockaddr *)&server_addr,sizeof(struct sockaddr_in))) { printf("server:绑定端口号失败.\n"); return 0; } /*3. 设置监听队列*/ listen(server_fd,100); /*4. 等待客户端连接*/ struct sockaddr_in client_addr; socklen_t addrlen; pthread_t thread_id; int *client_fd; while(1) { addrlen=sizeof(struct sockaddr_in); client_fd=malloc(sizeof(int)); *client_fd=accept(server_fd,(struct sockaddr *)&client_addr,&addrlen); if(*client_fd<0) { printf("server:处理客户连接失败.\n"); return 0; } printf("客户端的IP地址:%s\n",inet_ntoa(client_addr.sin_addr)); printf("客户端的端口号:%d\n",ntohs(client_addr.sin_port)); /*创建新的线程*/ if(pthread_create(&thread_id,NULL,func_start,client_fd)) { printf("线程创建失败.\n"); break; } /*设置线程的分离属性*/ pthread_detach(thread_id); } close(server_fd); return 0;}
/*创建链表头*/struct client_info *List_CreateHead(struct client_info *head){ if(head==NULL) { head=malloc(sizeof(struct client_info)); } return head;}/*添加节点*/void List_add(struct client_info *head,int client_fd){ struct client_info *p=head; struct client_info *new_node; while(p->next) { p=p->next; } new_node=malloc(sizeof(struct client_info)); if(new_node==NULL)printf("内存空间申请失败.\n"); new_node->client_fd=client_fd; new_node->next=NULL; p->next=new_node;}/*删除链表节点*/void List_del(struct client_info *head,int client_fd){ struct client_info *p=head; struct client_info *old; while(p->next) { old=p; p=p->next; if(p->client_fd==client_fd) { old->next=p->next; free(p); break; } }}
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在服务器上编译运行代码:
root@ecs-348470:~/work# gcc server_app.c -o tcp_server -lpthreadroot@ecs-348470:~/work# lsserver_app.c tcp_serverroot@ecs-348470:~/work# ./tcp_server 8899
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运行服务器群聊代码，在本地 ubuntu 系统再运行客户端代码，测试通信效果：
6. 客户端代码设计
在设计过程中，为了测试，代码写了两份，一份命令的行的聊天客户端，一份 QT 设计带界面的完整版本。
6.1 Linux 命令行客户端
**下面这是命令行版本的群聊客户端代码: **
#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>#include <netinet/in.h>#include <arpa/inet.h>#include <sys/types.h> /* See NOTES */#include <sys/socket.h>#include <stdio.h>#include <poll.h>#include <signal.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <pthread.h>/*客户端：1. 创建socket套接字2. 连接指定的服务器*/int client_fd;
/*信号处理函数*/void sighandler_func(int sig){ /*4. 完毕套接字*/ close(client_fd); printf("进程正常退出....\n"); exit(0);}
/*发出的消息结构*/struct send_pack{ char name[50]; char data[100]; char type; //0x1 表示上线，0x2表示下线 0x0表示正常聊天数据};
void *func_start(void *arg){ /*1. 通信*/ int client_fd=*(int*)arg; struct send_pack data; int cnt; int poll_stat; struct pollfd poll_fd; poll_fd.fd=client_fd; poll_fd.events=POLLIN; while(1) { poll_stat=poll(&poll_fd,1,-1); if(poll_stat>0) { cnt=read(client_fd,&data,sizeof(struct send_pack)); if(cnt==sizeof(struct send_pack)) { if(data.type==0) { printf("%s:%s\n",data.name,data.data); } else if(data.type==1) { printf("%s 用户上线.\n",data.name); } else if(data.type==2) { printf("%s 用户下线.\n",data.name); } } else if(cnt==0) { printf("服务器断开连接.\n"); break; } } else if(poll_stat<0) { perror("poll函数执行错误.\n"); break; } } pthread_exit(NULL);}
int main(int argc,char **argv){ if(argc!=4) { printf("./app <服务器IP地址> <服务器端口号> <用户名>\n"); return 0; } /*绑定需要捕获的信号*/ signal(SIGINT,sighandler_func); /*1. 创建socket套接字*/ client_fd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); if(client_fd<0) { printf("client:创建socket套接字失败.\n"); return 0; } /*2. 连接服务器*/ struct sockaddr_in server_addr; server_addr.sin_family=AF_INET; server_addr.sin_port=htons(atoi(argv[2]));//把 16 位值从主机字节序转换成网络字节序 server_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[1]);//服务器IP地址 if(connect(client_fd,(const struct sockaddr *)&server_addr,sizeof(struct sockaddr_in))) { printf("client: 连接服务器失败.\n"); return 0; } /*3. 创建子线程*/ pthread_t thread_id; if(pthread_create(&thread_id,NULL,func_start,&client_fd)) { printf("线程创建失败.\n"); return 0; } /*4. 设置线程的分离属性*/ pthread_detach(thread_id); struct send_pack data_pack; strcpy(data_pack.name,argv[3]); //赋值用户名 data_pack.type=1;//上线提示 /*上线提示*/ write(client_fd,&data_pack,sizeof(struct send_pack)); /*进行正常聊天*/ data_pack.type=0;//正常聊天 while(1) { gets(data_pack.data); write(client_fd,&data_pack,sizeof(struct send_pack)); } /*5. 完毕套接字*/ close(client_fd); return 0;}
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这是聊天过程运行效果:(1) 左边是华为云 ECS 服务器，右边是本地 ubuntu 系统运行客户端
（2）群聊天过程演示
6.2 QT 完整版本客户端
这是 QT 设计的带私聊、群聊的客户端版本。界面子文件、资源文件、代码文件都较多，就不全部贴出了。和上面的区别就是加了界面，加了一些功能，核心实现思路差不多。界面效果在文章首页已经截图了。
#include "qconnectobject.h"#include "mainwidget.h"QConnectObject::QConnectObject(QObject *parent) : QObject(parent){
tcpClient = new QTcpSocket(this); connect(tcpClient,SIGNAL(readyRead()),this,SLOT(tcpreadData())); connect(tcpClient,SIGNAL(error(QAbstractSocket::SocketError)),this,SLOT(ReadError(QAbstractSocket::SocketError))); connectstate = false;
}
void QConnectObject::acceptConfig(QString stra, QString strb, QString strc){ m_ip = stra; mc_port = strb; if(connectstate == false){ QString ipAdd(stra), portd(strb); if (ipAdd.isEmpty() || portd.isEmpty()) { return; } tcpClient->connectToHost(ipAdd,portd.toInt()); if (tcpClient->waitForConnected(1000)) { qDebug()<<"connectstate"; connectstate = true; } } mtimer = new QTimer(); connect(mtimer,SIGNAL(timeout()),this,SLOT(mtimeout())); mtimer->start(1000);}
void QConnectObject::acceptLogin(QString stra, QString strb){ tcpClient->write(QString("LOGIN:%1:%2").arg(stra).arg(strb).toLocal8Bit());}
void QConnectObject::acceptResiger(QString stra, QString strb){ tcpClient->write(QString("RESIGER:%1:%2").arg(stra).arg(strb).toLocal8Bit());}
void QConnectObject::acceptMsg(QString str){ tcpClient->write(str.toLocal8Bit());}
void QConnectObject::ReadError(QAbstractSocket::SocketError){ qDebug()<<"ReadError"; tcpClient->disconnectFromHost(); connectstate = false;}
void QConnectObject::tcpreadData(){ QByteArray datagram = tcpClient->readAll(); QString accbuf=QString::fromLocal8Bit(datagram); qDebug()<<accbuf; QStringList strlistA = accbuf.split(":"); if(strlistA.size() >= 1){ if(strlistA.at(0) == "LOGIN"){//登录 if(strlistA.size()>=2){ if(strlistA.at(1) == "true"){ emit sendLogin(true); MainWidget::myport = strlistA.at(2); }else if(strlistA.at(1) == "false"){ emit sendLogin(false); } } } if(strlistA.at(0) == "RESIGER"){//登录 if(strlistA.size()>=2){ if(strlistA.at(1) == "true"){ emit sendResiger(true); }else if(strlistA.at(1) == "false"){ emit sendResiger(false); } } } if(strlistA.at(0) == "CONNECT_CLIENT"){//连接用户 emit sendClientInfo(accbuf); } if(strlistA.at(0) == "MSG"){//消息 emit sendMSG(accbuf); } if(strlistA.at(0) == "GROUP"){//群 emit sendMSG(accbuf); } }}
void QConnectObject::acceptProgress(double){
}
void QConnectObject::mtimeout(){ if(connectstate == false){ QString ipAdd(m_ip), portd(mc_port); if (ipAdd.isEmpty() || portd.isEmpty()) { qDebug()<<"return"<<connectstate<<m_ip; return; } tcpClient->connectToHost(ipAdd,portd.toInt()); if (tcpClient->waitForConnected(1000)) { connectstate = true; qDebug()<<"connectstate"; } }else{
}}
QString getHostIpAddress(){ QString strIpAddress; QList<QHostAddress> ipAddressesList = QNetworkInterface::allAddresses(); // 获取第一个本主机的IPv4地址 int nListSize = ipAddressesList.size(); for (int i = 0; i < nListSize; ++i) { if (ipAddressesList.at(i) != QHostAddress::LocalHost && ipAddressesList.at(i).toIPv4Address()) { strIpAddress = ipAddressesList.at(i).toString(); break; } } // 如果没有找到，则以本地IP地址为IP if (strIpAddress.isEmpty()) strIpAddress = QHostAddress(QHostAddress::LocalHost).toString(); return strIpAddress;}void QConnectObject::sendFileClicked(){ fileName = QFileDialog::getOpenFileName(); qDebug()<<fileName; m_port = qrand()%30 + 300 + qrand()%50 + qrand()%10; QString filstr = "FileTran:" + getHostIpAddress() + ":" + QString::number(m_port); tcpClient->write(filstr.toLocal8Bit());}
复制代码
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