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1、嵌入式课程设计（论文）Androidl聊天室设计学 生： 学 号：指导教师：李季 老师专 业：计算机科学与技术重庆大学计算机学院二O一一年十二月摘 要此系统设计了一个基于Android系统与PC之间的通信，采用Socket流式套接字进行网络通信。其中Android系统的模拟器作为客户端，客户端采用获取手机号码作为该客户端的唯一标识，PC作为服务器端。其中客户端的设计过程中主要用ChatClientActivity 文件实现客户端的各个Widget的功能以及利用Socket向服务器端发送和接受服务器端的消息。服务器端主要用ServerThread 服务器线程初始化ServerSocket并将对客
2、户端监听到得Socket封装到ClientThread线程中并将该线程存放到Vector数组用于服务器与指定客户端交互，以及启动BroadCast线程和ClientThread线程，以及将，其中ClientThread线程主要用于将监听到客户端发送的消息存放到消息队列并将其保存在SQL2000数据库中以及根据分类显示在控制台上，BroadCast线程主要获取消息队列中的消息并根据消息的性质确定是否将此消息广播到所有在线客户端或是发送到某些指定的客户端。StartServer主要用于启动ServerThread线程，即启动整个服务器。DoDataBase主要用于连接数据库和实现对数据库的添加操作
3、。最后此系统实现了群聊与私聊的功能，并能够将聊天记录分类保存到数据库中。关键词：Android，Socket通信，线程同步，TCP/IP协议目 录中文摘要1 TCP/IP及Socket简介1 1.1 TCP/IP协议简介1 1.2 Socket套接字简介12 系统总体架构23 系统功能实现33.1 数据交互格式33.2 服务器功能实现4 3.2.1 StartServer类4 3.2.2 ServerThread类5 3.2.3 ClientThread类6 3.2.4 BroadCast类8 3.2.1DoDataBase类103.3 客户端功能实现113.4 系统功能展示153.4.1客户
4、端功能展示153.4.2服务器端及数据库展示16 4 系统存在的问题及改进方法17 4.1 系统存在的问题174.2 系统改进方法174 自我评价18参考文献191 TCP/IP及Socket简介 1.1 TCP/IP协议简介TCP/IP是Transm Control Protocol/Internet Protocol 的简写，又称网络通信协议，是Internet最基本的协议。TCP/IP协议是“可靠的”、“面相连接”的网络传输协议。TCP/IP协议遵循的是一个抽象的分层模型，这个模型中所有的TCP/IP系列网络协议都被归纳到四个抽象的“层”中。每一抽象层建立在低一层提供的服务上，并为高一层
5、服务。TCP/IP参考模型从上到下分别包括网络接口层、网络互连层、传输层和应用层四层。1.2 Socket套接字简介在网络上的两个程序通过一个双向的通信链路实现数据交换，这个双向链路的一段就被称为一个Socket，Socket通常用来实现客户端和服务器端的链接。Socket是TCP/IP协议的一个十分流行的编程界面，一个Socket有一个IP地址和一个端口号确定。在Java环境中实现基于TCP/IP协议的网络编程都需要采用Socket机制。并且与基于URL的网络编程Socket编程提供更高的传输效率。Socket通常采用C/S结构，使用Socket进行C/S程序设计的一般链接过程如下图：图1.
6、1 Socket编程连接一般过程2 系统总体架构整个系统由客户端和服务器端组成，其中客户端位于Android模拟器上，服务器端位于PC上。客户端创建的Socket与服务端的ServerSocket进行交互来实现网络数据交互。其中Socket与ServerSocket交互过程如下：(1) 服务器端程序创建一个ServerSocket，然后调用accept()方法等待客户连接(2) 客户端创建一个Socket并请求与服务器端程序建立连接。(3) 服务器端程序接受客户端的连接请求，并创建一个新的Socket与该客户端建立专线连接。(4) 建立了连接的客户端及服务器端的两个Socket在一个有服务器端
7、程序创建的单独线程上对话，对话方式采用getInputStream()、getOutputStream()得到的输入与输出流进行数据的读取与输出。客户端的Socket与服务器端的ServerSocket的通信如下图：图2.1 Socket与ServerSocket通信图(5) 服务器端开始等待新的连接请求，重复(2)(5)的过程。在客户端程序实现了界面的显示以及与服务器端的数据交互。在服务器端程序一共包含五个类，其名称及功能如下表所示：StartServer启动服务器主线程ServerThread，即启动服务器ServerThread服务器监听端口线程，负责创建ServerSocket以及监听
8、是否有新客户端连接，并记录客户端连接以及需要发送的消息ClientThread维持服务器与单个客户端的连接线程，负责接受客户端发送来的消息BroadCast服务器向客户端发送广播线程，负责向客户端发送消息DoDataBase连接数据库，将消息拆解后按类型存放到数据库ChatDemo的messages表中表2.1 服务器端程序的四个类功能实现通信功能的流程图如下：图2.2 系统通信功能流程图3 系统功能实现3.1数据交互格式对于此聊天系统，主要存在如下三类数据：1、登陆2、传递消息3、退出这三类数据都是需要向服务器端发送的数据，因为了在服务器端处理的数据不被混淆，必须对他们的数据格式进行规格化，
9、此系统的数据规格如下图：表3.1 消息格式图消息种类： “L”登陆；“S”传递消息；“C”退出，目的地址： 要发往特定客户端的手机号标 识： 用来标识不同种类的信息符号其中“$”发送的消息标识；“#”客户上下线标识。源 地 址： 消息来源的客户端手机号码时 间： 获取到的发送消息时的时间内 容： 如果登陆则为“上线了”，如果退出则为“下线了”，如果是传递消息则为想发送的内容；其中对于登陆和退出消息，送往服务器端进行拆分后将其目标地址置空，对于传递消息，如果目标地址和源地址相同则表示将该消息发送给所有的客户端，反之，则只是发送到这两个地址的客户端中。3.2服务器端功能实现3.2.1 StartS
10、erver类StartServer线程是整个服务器的主线程，当执行这个工程文件时执行这个类中的Main函数，在Main函数中创建了一个实例化了一个ServerThread线程命名为serverThread,并启动该线程，代码如下：public class StartServer private static ServerThread serverThread;public static void main(String args) / TODO Auto-generated method stubserverThread = new ServerThread();serverThread.st
11、art();3.2.2 ServerThread类该类在构造函数中实例化了两个Vector数组，分别用于存放ClientThread线程和存放从客户端发送来的消息，并命名为clients 和messages。此外还对ServerSocket进行了初始化，然后启动BroadCast方法。代码如下：public Vector clients;public Vector messages;public ServerThread()clients = new Vector();messages= new Vector();try serverSocket = new ServerSocket(PORT
12、); catch (IOException e) / TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();try myIpaddress = InetAddress.getLocalHost(); catch (UnknownHostException e) / TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();broadcast = new BroadCast(this);broadcast.start();构造方法执行后，接着执行该线程的Run()方法。在Run()函数中用了一个死循环实现
13、不停的对客户端的连接进行监听，一旦监听到客户端的连接请求，就获得该客户端的Socket并将其封装在ClientThread线程中，然后启动ClientThread线程并将该线程压入clients数组中以实现服务器与指定客户端或所有客服端发送数据。此外由于clients属于临界资源，同一时刻只能允许被一个线程操作，因此使用了线程同步方法synchronized(clients)。代码如下：public void run()while(true)try Socket socket = serverSocket.accept();System.out.println(socket.getInetAd
14、dress().getHostAddress();ClientThread clientThread = new ClientThread(socket,this);clientThread.start();if(socket!=null)synchronized(clients)clients.addElement(clientThread); catch (IOException e) / TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();3.2.3 ClientThread类当ServerThread线程开启了ClientThread线
15、程后，通过构造函数获得了客户端的Socket套接字，然后通过Socket的getInputStream()方法和getOutputStream()方法获取输入输出流。public ClientThread(Socket socket,ServerThread serverThread)this.clientSocket = socket;this.serverThread = serverThread;try in = new DataInputStream(clientSocket.getInputStream();out = new DataOutputStream(clientSocke
16、t.getOutputStream(); catch (IOException e) / TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();然后执行Run()方法监听Socket是否有新的消息，然后根据消息的类别相应处理后在控制台上显示出来，并把message的第14到25的子串(username)作为ClientThread的唯一标识ID，此标识可以用来实现从一个客户端向另一指定客户端发送数据。并利用doMsg()方法将message拆分后存放到数据库中，同时将message压入到messages消息队列中。代码如下：public void
17、 run()while(true)try String message = in.readUTF();synchronized(serverThread.messages)if(message !=null)doMsg(message);ID = message.substring(14, 25);serverThread.messages.addElement(message);if(message.subSequence(0, 1).equals(S)if(message.substring(1,12).equals(message.substring(14,25)System.out.p
18、rintln(message.substring(1,12) + message.substring(24);elseSystem.out.println($+message.substring(14,25)+ 对 +message.substring(1,12)+message.substring(25);elseSystem.out.println(message.substring(12); catch (IOException e) / TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();break;private void doMsg
19、(String message) / TODO Auto-generated method stubcatgory = message.substring(0,1);orgid = message.substring(14,25);time = message.substring(26,34);if(catgory.equals(S)goalid = message.substring(1,12);content =message.substring(36);elsegoalid = ;content =message.substring(34);try dodb.AddMsg(time, c
20、atgory, orgid, goalid, content); catch (Exception e) / TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();3.2.4 BroadCast类通过ServerThread线程调用该类后，ServerThread类通过BroadCast构造函数传给ServerThread实例，然后执行该线程的Run()方法，没循环一次线程休眠200ms，然后取出messages中尚未发送出的消息，将消息按其格式拆分后根据其意图送往各个客户端或是指定客户端，是实现群聊个私聊的功能。同样，消息数组是临界资源，所以，
21、用到了synchronized(serverThread.messages)方法，判断该消息为下线功能，则将根据ID删除Vector中的ClientThread线程。源代码如下：public void run()while(true)try Thread.sleep(200); catch (InterruptedException e) / TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();synchronized(serverThread.messages)if(serverThread.messages.isEmpty()continu
22、e;/获取消息队列队首消息str = (String)this.serverThread.messages.firstElement();synchronized(serverThread.clients)System.out.println(serverThread.clients.size();for(int i=0;iserverThread.clients.size();i+)/获取该客户端线程clientThread =(ClientThread)serverThread.clients.elementAt(i);try clientThread.out.writeUTF(str);
23、 catch (IOException e) / TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();/从消息队列中删除该消息this.serverThread.messages.remove(str);3.2.5 DoDataBase类该类有两个方法AddMsg()和getConnection()方法，其中getConnection()方法用于获取数据库ChatDemo的连接句柄。AddMsg()方法用于对ChatDemo中的表messages进行写操作。实现代码如下：public class DoDataBase public void A
24、ddMsg(String time, String Catgory, String OrgID, String GoalID, String content)throws Exception /打开连接Connection conn = getConnection();/ 执行操作PreparedStatement pst = conn.prepareStatement(insert into messages values(?,?,?,?,?);pst.setString(1, time); /时间pst.setString(2, Catgory);/消息种类pst.setString(3,
25、 OrgID);/源地址pst.setString(4, GoalID);/目的地址pst.setString(5, content);/内容pst.execute();/ 关闭数据库conn.close();private Connection getConnection() throws ClassNotFoundException,SQLException Class.forName(net.sourceforge.jtds.jdbc.Driver);Connection conn = DriverManager.getConnection(jdbc:jtds:sqlserver:/lo
26、calhost:1433/ChatDemo, sa, );return conn;3.3客户端功能实现图3.1 客户端界面其源代码如下：public class ChatClientActivity extends Activity implements Runnableprivate EditText usernameEdit,ipEdit,historyEdit,messageEdit;private Button loginButton,leaveButton,sendButton;private String username ,ip,chat_txt,chat_in;public s
27、tatic final int PORT = 8521;/端口号public DataInputStream in=null;public DataOutputStream out=null;public Socket socket;public Thread thread;public boolean flag = false; /标识是否登陆，true为已登录，false为未登录 Override public void onCreate(Bundle savedInstanceState) super.onCreate(savedInstanceState); setContentVie
28、w(R.layout.main); usernameEdit = (EditText)findViewById(R.id.username); ipEdit = (EditText)findViewById(R.id.ip); historyEdit = (EditText)findViewById(R.id.history); messageEdit = (EditText)findViewById(R.id.message); loginButton = (Button)findViewById(R.id.LoginButton); leaveButton = (Button)findVi
29、ewById(R.id.leave); sendButton = (Button)findViewById(R.id.sendButton); loginButton.setOnClickListener(listener); leaveButton.setOnClickListener(listener); sendButton.setOnClickListener(listener); View.OnClickListener listener = new View.OnClickListener() Overridepublic void onClick(View v) / TODO A
30、uto-generated method stubswitch(v.getId()case R.id.LoginButton:/登陆if(flag=true)Toast.makeText(ChatClientActivity.this, 已经登陆过了, 3000).show();return;username = usernameEdit.getText().toString();ip = ipEdit.getText().toString();if(username!= & username!=null & ip != null)/目的地址和源地址不能为空；try socket = new
31、Socket(ip,PORT); /实例化Socket/获取输入输出流in = new DataInputStream(socket.getInputStream();out = new DataOutputStream(socket.getOutputStream();Date now = new Date(System.currentTimeMillis(); /获取系统时间SimpleDateFormat format = new SimpleDateFormat(hh:mm:ss);String nowStr = format.format(now);out.writeUTF($+us
32、ername+ +nowStr+上线了); catch (UnknownHostException e) / TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace(); catch (IOException e) / TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();thread = new Thread(ChatClientActivity.this);thread.start();flag = true;break;case R.id.sendButton: /发送消息if(flag = fal
33、se)Toast.makeText(ChatClientActivity.this, 没有登陆,请登陆, 3000).show();return;chat_txt = messageEdit.getText().toString();if(chat_txt !=null)Date now = new Date(System.currentTimeMillis(); /获取当前时间SimpleDateFormat format = new SimpleDateFormat(hh:mm:ss);String nowStr = format.format(now);try out.writeUTF(
34、_+username+ +nowStr+说n+chat_txt); catch (IOException e) / TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();elsetry out.writeUTF(请说话); catch (IOException e) / TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();break;case R.id.leave: /退出if(flag = false)Toast.makeText(ChatClientActivity.this, 没有登陆,请登
35、陆, 3000).show();return;try out.writeUTF(#+username+下线了！);out.close();in.close();socket.close(); catch (IOException e) / TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();flag = false;Toast.makeText(ChatClientActivity.this, 已经退出！, 3000).show();break;Overridepublic void run() /服务端反馈的消息/ TODO Auto-gen
36、erated method stubwhile(true)try chat_in = in.readUTF();chat_in +=n;mhandler.sendMessage(mhandler.obtainMessage(); /发到主线程的消息队列中 catch (IOException e) / TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();Handler mhandler = new Handler()public void handleMessage(Message msg)historyEdit.append(chat_in)
37、; /在historyEdit文本框中追加消息super.handleMessage(msg);3.4系统功能展示3.2.1 客户端功能展示图3.2 客户端5554发送接收消息界面 图3.3 客户端5556发送接收消息界面图3.4 客户端5558发送接收消息界面3.2.1 服务器端及数据库展示图3.5 服务器控制台显示 图3.6 数据库存储显式4 系统存在问题及改进方法4.1系统存在的问题此系统实现了Android系统聊天室的群聊和私聊功能以及实现了在服务器端将接收到的消息存储到，但是由于时间限制此系统基本实现了Android系统的聊天室的实现群发功能，但是由于时间较紧，还有一些没有实现的功能
38、。首先在安全性上考虑不周，登陆时只需要输入用户名就能够进入系统，而且没有检测多个模拟器上是否有同名的情况。其次，对很多可能出现异常的情况没有处理。再次，设计上还不够严谨，在客户端与服务器端进行数据通信时有很多数据交互，此系统只实现了在客户端对发送的消息进行了记录，但只实现了数据库的写操作。在客户端本地没有实现数据存储机制以便日后需要，比如：用户名，密码等。最后，Android客户端界面设计不足，比如：当历史记录EditText中存放了太多内容时需要设置清除功能。4.2系统改进方法对于上述存在的问题提出的改进方法如下：首先，对系统增加严谨的注册和登陆功能，只有在系统中注册的用户以及正确输入了用户
39、名和密码的用户才能够进入聊天系统。其次，增加更多的异常处理机制，在时间充足的情况下对系统进行足够的测试，对测试中出现的异常要进行相应的异常处理。再次，增加对数据的增删改查操作，对于Android客户端，Android提供了轻量级数据库SQLite，或使用XML文件对用户名，密码等进行相关的存储，以便于下一次的登陆，在服务器端可以通过SQL数据库，对注册用户的用户名，密码及注册时间和保存各个用户的聊天记录，以便能够实现在用户注册或登录时检查相应的情况以及聊天记录查看情况。最后，设计界面应该简洁明了，各项功能齐全，在此聊天室系统中，可以增加菜单选项对代替界面上的一些不必要的按钮和实现一些其他并没有
40、实现的功能。还可以利用ListView对在线用户进行直观显示。5 自我评价通过此次课程设计让我对Android开发平台有了更深一步的了解，深刻理解了Android中线程之间的通信机制，熟练掌握了TCP/IP协议以及Socket套接字的编程方法。掌握了多线程编程方法以及线程同步方法。同时对Java网络编程有了更深一步的了解。张 干通过这次的课程设计，我对android开发有了更进一步的学习和了解。掌握了Socket和SocketServer类的用法以及利用它们进行客户端和服务端之间的通信过程，同时也掌握了Handler、Looper、MessageQueue、之间的关系，对消息处理机制的使用原理也有了详细的认知。在进行群聊功能的实现时，用到容器，这让我对Java的一些知识又有了相应的复习。这次课程设计锻炼了我的动手能力和团队协作能力，同时也让我对android开发产生了浓厚的兴趣，激发了我进一步学习的欲望，受益良多。刁俊方 通过本次课程设计，我对android开发有了一定的掌握，对android的基本知识能够熟练运用。除此以外，我还对android的多线程方法有了更加深入的了解，明白了Socket的C/S结构和通信机制，掌握了Java的Socket编程方法，增强
