JSP简单的即时通讯工具的设计与开发.docx
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JSP简单的即时通讯工具的设计与开发
一个简单的即时通讯工具的设计与开发
摘要
即时通讯(InstantMessaging)是目前Internet上最为流行的通讯方式,各种各样的即时通讯软件也层出不穷;服务提供商也提供了越来越丰富的通讯服务功能。
Java是当前比较流行的开发语言之一,它有着自己的易用特点与性能优势,比如跨平台、安全性、多线程、网络Socket编程、数据流概念等方面,因此通过对开源即时通讯LinuxQQ的研究和分析,基于Java语言和J2EE规范设计了一个即时通讯工具JICQ(JavaforIseekyou),并对其体系结构、构成模块及系统关键技术进行了分析与设计。
在系统设计与建模过程中,使用了UML和面向对象的分析、设计方法,并使用Rose作为建模工具;本系统基于j2se1.5,j2ee1.4,使用Eclipse等作为开发工具,在开发过程中用到了时下流行的重构开发方法,优化了系统的设计。
力图使系统具有安全、高效、实用、支持在不同系统平台运行等特点。
关键词:
即时通讯;多线程;SOCKET编程;JSP
DesignandDevelopmentofaSimpleInstantCommunicationTool
Abstract
InstantMessageiscurrentlythemostpopularwaytocommunicateontheInternet,sovariousInstantMessagingsoftwarearecontinuouslyappearing;Serviceprovidersoffermoreandmorecommunicationservicenowadays.Javaprogramminglanguage(Java2StandardEdition)isoneofpopularprogramminglanguages.Withitsfeaturesofcross-platform,security,multi-threadedcapability,SocketProgramming,dataflowconceptsandsoon,Javahasitsowndistinctiveandfunctionaladvantages.Therefore,basedontheresearchandanalysisofLinuxQQ,withtheJavalanguageandJ2EE,thispaperdesignsaninstantmessenger—JICQ(JavaforIseekyou),andthenanalyzesitsarchitecture,modules,aswellasitskeytechnologies.Duringthedesignandmodelingprocessofinstantmessengersystem,theUMLandmethodofobject-orientedanalysisanddesignareused.Furthermore,themodelingtoolofRoseisincluded.Basedonthesystemj2se1.5,j2ee1.4,theEclipsedevelopmenttoolinthedevelopmentprocess,andrefactoringdevelopmentmethod,thesystemdesignisoptimized.Duetothesefactors,thesystemissafe,efficientandpracticalindifferentoperatingsystemplatforms.
Keywords:
instantmessage;multithreaded;socketprogram;JSP
论文总页数:
30页
1引言
1.1项目开发背景
1.1.1项目背景
“即时通信产品”最早的创始人是三个以色列青年,是他们在1996年做出来的,取名叫ICQ(Iseekyou)。
随后,腾迅QQ抓住IM的大好机遇,在中国迅速崛起并垄断即时通讯市场。
自从腾迅的QQ在中国即时通讯行业垄断后,即时通讯的产品在IT行业可谓雨后春笋,层出不穷,目前,Windows平台方面的即时通讯已经很多,但是其他系统比如Linux平台,虽然有类似QQ方面的一些产品,比如LinuxQQ,Lunaqq,但数量毕竟不多且功能界面等都还不是很理想,鉴于此种情况,我们开发了基于Java语言的即时通信系统(JICQ),该系统是以J2SE(Java2StandardEdition)语言实现的网络即时通信工具,包括服务器端和客户端,可以在企业内部网络和互联网上运行,同时具有Java应用的跨平台特性,方便运行在各个系统之上。
该系统具有相对比较漂亮的界面以及类似于QQ的很多功能,比如可以和好友进行交流以及离线发送与好友管理、可以加入不同的群,即时发送、即时回复等功能。
1.1.2技术背景
技术上采用sun公司的java语言,该语言有很多有点,比如多线程、网络流概念、异常捕获处理、安全性以及速度与性能等方面,并且具有可以一次编写、到处运行的跨平台优点。
多线程:
多线程是这样一种机制,它允许在程序中并发执行多个指令流,每个指令流都称为一个线程,彼此间互相独立,线程又称为轻量级进程,多线程技术允许你在一个应用程序中启动多个执行轻量程序,使多段程序同时竞争CPU资源,从而提高系统效率。
而对于网络通讯工具来说,多线程的特性是必须的,不仅是为了效率,而且可以实现同时处理多个请求。
网络流:
java中的网络通讯以及文件的读取都是以一种流的概念来理解的,这样,网络上数据的传输其实就等同于看成一台机器上文件的读取,有利于理解与编写运用程序,java类库中提供了丰富的IO流类资源以及网络编程类资源,软件开发人员可以很方便的编写网络应用程序。
例外处理:
Java通过面向对象的方法来处理例外。
在一个方法的运行过程中,如果发生了例外,则这个方法生成代表该例外的一个对象,并把它交给运行时系统,运行时系统寻找相应的代码来处理这一例外。
我们把生成例外对象并把它提交给运行时系统的过程称为抛弃(throw)一个例外。
运行时系统在方法的调用栈中查找,从生成例外的方法开始进行回朔,直到找到包含相应例外处理的方法为止,这一个过程称为捕获(catch)一个例外。
所以,java的例外处理使非常方便的。
跨平台:
Java语言的一个非常重要的特点就是与平台的无关性。
而使用Java虚拟机是实现这一特点的关键。
一般的高级语言如果要在不同的平台上运行,至少需要编译成不同的目标代码。
而引入Java语言虚拟机后,Java语言在不同平台上运行时不需要重新编译。
Java语言使用模式Java虚拟机屏蔽了与具体平台相关的信息,使得Java语言编译程序只需生成在Java虚拟机上运行的目标代码(字节码),就可以在多种平台上不加修改地运行。
Java虚拟机在执行字节码时,把字节码解释成具体平台上的机器指令执行。
1.2该系统设计的意义
伴随着当今互联网迅速发展,网上通讯成为一种必不可少的通讯习惯,该系统的设计就是为了实现在互联网上的即时通讯,它是利用当今最为流行的java编程语言来实现即时通讯工具的雏形,同时在系统开发过程中所用的都是java常用的技术或者难点,比如用java的swing怎么去做一个界面美观的应用程序、java的网络编程技术的原理与应用、以及如何根据J2EE规范去开发一个基于Jsp和Servlet的Web应用等关键技术。
通过设计和开发该系统,使自己所学的理论知识得到实践应用,也对即时通讯软件的通讯原理有了比较深刻的认识,大大的提高了自己的动手能力和解决问题的能力,为今后工作打下坚实的基础。
2相关理论及基础技术与开发平台
2.1即时通讯应用工作原理分析
我们经常听到TCP/IP和UDP(用户数据报协议)这两个术语,它们都是建立在更低层的IP协议上的两种通讯传输协议。
前者是以数据流的形式,将传输数据经分割、打包后,通过两台机器之间建立起的虚电路,进行连续的、双向的、严格保证数据正确性的文件传输协议。
而后者是以数据报的形式,对拆分后的数据的先后到达顺序不做要求的文件传输协议。
QQ就是使用UDP协议进行发送和接收“消息”的。
当你的机器安装了OICQ以后,实际上,你既是服务端(Server),又是客户端(Client)。
当你登录OICQ时,你的OICQ作为Client连接到腾讯公司的主服务器上,当你“看谁在线”时,你的OICQ又一次作为Client从QQServer上读取在线网友名单。
当你和你的OICQ伙伴进行聊天时,如果你和对方的连接比较稳定,你和他的聊天内容都是以UDP的形式,在计算机之间传送。
如果你和对方的连接不是很稳定,QQ服务器将为你们的聊天内容进行“中转”。
其他的即时通信软件原理与此大同小异。
OICQ的通讯原理:
1.用户首先从QQ服务器上获取好友列表,以建立点对点的联系。
2.用户(Clientl)和好友(Client2)之间采用UDP方式发送信息。
3.如果无法直接点对点联系,则用服务器中转的方式完成。
我们看到两个OICQ用户如果是在两个不同的内网上,它们经过登录后可以不同过服务器来直接通讯。
那这是为什么呢。
其根本原因是OICQ使用了UDP协议,这样用户之间的通讯自己完成就减少了服务器的负担。
那么到底原理是什么样的,为什么TCP应用就不能达到这一要求。
这就涉及到NAT(NetworkAddressTranslator)技术。
NAT技术使得一个私有网络可以通过internet注册IP连接到外部世界,位于inside网络和outside网络中的NAT路由器在发送数据包之前,负责把内部IP翻译成外部合法地址。
内部网络的主机不可能同时与外部网络通信,所以只有一部分内部地址需要翻译。
"NAT"的翻译可以采取静态翻译和动态翻译两种。
静态翻译将内部地址和外部地址一对一对应。
当使用了动态翻译时就采用portmultiplexing技术,通过改变外出数据的源port技术可以将多个内部IP地址影射到同一个外部地址,这就是PAT(portaddresstranslator)。
在这种情况下,一个TCP连接只能和固定的连接方通讯,而UDP应用本身就可以接受不同数据来源的数据包,所以在NAT转换的时候能够完成两个客户端之间的通讯,从而达到了客户端直接通讯的目的。
总的来说,OICQ的应用在客户端方面符合即时通讯系统的模型。
客户端之间的通讯中,采用了UDP的通讯方式,当客户端之间无法直接通讯时,采用通过服务器转发的方式来实现即时信息的传送。
2.2所用技术
JAVA多线程技术:
多线程的各个线程看上去像是并行地独自完成各自的工作,就像一台一台计算机上运行着多个处理机一样。
在多处理机计算机上实现多线程时,它们确实可以并行工作,而且采用适当的分时策略可以大大提高程序运行的效率。
而作为接受客户端请求的服务器来说,必须使用多线程技术来接受不同时刻的请求,接收一个处理一个,将其放入线程队列,然后继续监听其他的请求。
网络通讯与Socket编程:
java网络编程中有两种不同的通讯协议,分别是TCP(面向连接)与UDP(面向无连接),两种协议各有优缺点。
TCP:
是TranferControlProtocol的简称,是一种面向连接的保证可靠传输的协议。
通过TCP协议传输,得到的是一个顺序的无差错的数据流。
发送方和接收方的成对的两个socket之间必须建立连接,以便在TCP协议的基础上进行通信,当一个socket(通常都是serversocket)等待建立连接时,另一个socket可以要求进行连接,一旦这两个socket连接起来,它们就可以进行双向数据传输,双方都可以进行发送或接收操作。
UDP:
是UserDatagramProtocol的简称,是一种无连接的协议,每个数据报都是一个独立的信息,包括完整的源地址或目的地址,它在网络上以任何可能的路径传往目的地,因此能否到达目的地,到达目的地的时间以及内容的正确性都是不能被保证的。
JDBC数据库技术:
JDBC,全称为JavaDataBaseConnectivitystandard,它是一个面向对象的应用程序接口(API),通过它可访问各类关系数据库。
JDBC也是java核心类库的一部分。
JDBC的最大特点是它独立于具体的关系数据库。
与ODBC(OpenDatabaseConnectivity)类似,JDBCAPI中定义了一些Java类分别用来表示与数据库的连接(connections),SQL语句(SQLstatements),结果集(resultsets)以及其它的数据库对象,使得Java程序能方便地与数据库交互并处理所得的结果。
使用JDBC,所有Java程序(包括Javaapplications,applets和servlet)都能通过SQL语句或存储在数据库中的过程(storedprocedures)来存取数据库。
SWING界面设计:
java的扩展包,其中包括众多的控件以及丰富的控件操作功能,使用户可以简单的利用它画出应用程序的界面,结合JBuilder9.0带的绝对定位类包,可以设计出非常好看的用户界面。
JSP与SERVLET技术:
JSP和SERVLET是在j2ee平台下开发WEB应用的基础,JSP是由SUN公司倡导众多公司参与一起建立的一个动态网页标准技术,JSP技术为建立具有动态生成内容的WEB应用提供了一种简便而且功能强大的途径,它可以快速开发出与平台无关的基于WEB的应用,JSP是更高级的SERVLET,在运行的时候JSP先被转化为SERVLET。
UML:
UML是一个统一建模语言,是当今世界上面向对象系统开发领域中的工具之一,它是一种可视化的建模语言,能够让系统构造者用标准的、易于理解的方式建立起能够表达出他们想像力的系统蓝图,并且提供了便于不同的人之间有效地共享和交流设计结果的机制。
它包含了9种图形还有其他一些特征,很方便用户进行建模。
2.3工具及开发平台
BorlandJBuilder是全球第一的跨平台Java开发环境,可以用于构建符合工业标准的Java应用系统,不仅可以开发桌面级程序,并且可以开发EJB、Web、XML以及数据库等各类应用程序。
双向、可视化设计工具使得我们可以快速的构建各种应用程序,并部署至多种应用程序服务器,利用JBuilder,我们可以快速、方便的构建出Java应用程序,并且其中提供了一个类似于VS.NET中的界面编辑器功能,它具有绝对的定位功能,我们不用再手工粗糙的排列JAVA的LayoutManager,这一切完全可以用JBuilder开快速完成。
Eclipse是一个开放源代码的、基于Java的可扩展开发平台。
就其本身而言,它只是一个框架和一组服务,用于通过插件组件构建开发环境。
幸运的是,Eclipse附带了一个标准的插件集,包括Java开发工具(JavaDevelopmentTools,JDT)。
虽然大多数用户很乐于将Eclipse当作JavaIDE来使用,但Eclipse的目标不仅限于此。
Eclipse还包括插件开发环境(Plug-inDevelopmentEnvironment,PDE),这个组件主要针对希望扩展Eclipse的软件开发人员,因为它允许他们构建与Eclipse环境无缝集成的工具。
更舒服的是,利用Eclipse中的MyEclipse插件来搭建一个动态JSP程序,快速,简单、方便。
Rose一套非常有使用价值的系统建模工具,其中提供了非常方便的系统建模功能,比如用例图、行为图、活动图、时序图等。
利用它可以加快系统设计开发效率,同时可以给用户和开发者提供清晰的图,使他们之间的交流变得更加的方便有效。
SQLSERVER2000数据库是微软的功能强大的数据库管理系统,具备很多数据库管理常用的功能,例如存储过程、数据查询与更新等,是一个非常理想的后台数据库系统。
Tomcat是Sun的JSWDK(JavaServerWebDevelopmentKit)中Servlet的运行环境(servlet容器),是一个免费的开源的Serlvet容器,它是Apache基金会的Jakarta项目中的一个核心项目,由Apache,Sun和其它一些公司及个人共同开发而成。
2.4系统配置要求
推荐配置如下:
CPU2G以上,内存512以上,运行平台基于Windows平台。
客户端需要安装java虚拟机,同时还要有JICQ的客户端程序。
服务器端需要安装Sqlserver2000数据库,服务器端如果是windowsXP系统要打上Sqlserver2000的SP3或者SP4补丁包,同时服务器端需要安装Web服务器TOMCAT,还有JICQ的服务器端程序。
3系统体系结构的设计
3.1需求描述
伴随着当今互联网的迅速发展,人们之间的信息交互的实时性能变得越来越重要,传统的电子邮件交互已经不能够满足人们的即时通讯要求,鉴于此种情况打算开发出一款类似于腾讯QQ的即时通讯软件,只要经过注册你便可以获取一个帐号,通过该帐号你可以在客户端登陆,成功登录后便可以在互联网上与你的亲朋好友进行畅谈,由于技术和时间问题,该软件主要提供私聊、群聊、好友管理、群管理等常用功能,其它一些功能比如文件传输、语音聊天和视频聊天等功能,由于技术问题暂时没有实现,可以在该系统的基础上实现这些功能,也可以在此基础上进行更多功能的扩展。
3.2系统架构设计
该系统主要包括三层,客户端,服务器端,以及数据库服务器,客户端用来提供用户的登录,服务器端用来对登录的用户进行管理以及用来处理信息之间的转发,数据库服务器主要存放一些重要的信息。
它们之间的关系如下图所示:
数据库服务器
图1三层模型
中间层又分成四个部分:
图2中间层的构成
本系统采用的设计模型为平时所说的C/S架构,Client/Server,系统总体模型图如下:
图3客户端/服务器端模型图
3.3系统的总体功能设计
3.3.1总体功能设计
根据上述需求的描述,对该系统按照功能进行了模块的细化,主要包括注册登录、好友聊天、好友组管理、群聊天4个模块,还有很多其它小模块,这4个模块是实现该系统的核心模块,模块之间的耦合程度非常低,其中注册模块是通过B/S结构来实现,不需要安装客户端。
下图是上述的4个重要模块的用例交互图。
图4总功能用例图
3.3.2注册模块设计
注册模块是整个系统的最基础模块,该模块主要通过B/S模式来实现,技术上采用J2EE的三(N)层结构,它有以下特点:
1.能有效降低建设和维护成本,简化管理;
2.适应大规模和复杂的应用需求;
3.可适应不断的变化和新的业务需求:
4.访问异构数据库;
5.能有效提高系统并发处理能力;
6.能有效提高系统安全性
该模块表现层主要用的技术是Jsp和servlet,后台数据库用的是Sql2000数据库。
该模块主要包括以下功能:
帐号注册、密码的找回、密码的修改以及个人信息的查询。
通过该模块,用户可以与Web服务器交互进行号码的注册、密码找回等功能。
下图是一张简单的J2EE的结构图,该系统只是用到了其中的一部分技术。
图5J2EE结构图
下边是用户注册与Web服务器之间的用例交互图。
图6注册用例交互图
下边是用户注册的活动图。
是
否
否
是
合法?
合法?
图7用户注册活动图
3.3.3登录模块设计
该模块主要给注册成功的用户提供一个登录界面,用户根据自己注册的帐号信息可以与服务器交互,如果提供的信息通过服务器的验证便可以成功的登录系统,成功登录系统之后,可以进行一些操作,比如和好友聊天等,使用该模块之前必须安装一个客户端。
登录模块只是一个简单的页面,主要填写用户名、密码之类的信息,登录成功后的主界面包含了系统的大部分功能,比如添加和删除好友、添加和删除好友分组、和朋友聊天等功能。
下图是登录模块的用例图。
图8登录用例图
下边的登录模块的活动图,主要是对用户提供的用户名和密码提供验证。
图9登录活动图
下边是用户之间交互信息的时序图,主要包括从用户登录到通过验证然后进行信息的发送,给好友发送信息包含两种情况,第一,如果好友在线的话消息直接通过服务器中转发送给好友,如果对应的好友不在线,则讲发送的信息保存到数据库中,当该好友上线的时候从数据库中读出相应的信息进行发送。
图10用户信息交互图
3.3.4用户间交互模块设计
该模块主要实现已用户之间的信息交流,用户交流的前提是先要添加好友,可以通过查找功能进行好友的查找,找到要添加的好友后,通过发送好友申请消息来添加好友,当对方通过添加好友的验证消息后,便可以成功的添加好友。
只有成功的添加好友之后,才可以进行用户之间的信息的相互交互。
下边是用户交互的用例图。
图11用户交互用例图
用户之间聊天的信息主要通过聊天服务器进行中转,用户之间聊天内容主要存储在客户端的一些文件中,可以通过查看聊天功能来进行对这些聊天信息的读取。
下图是用户交互的活动图:
N
Y
在线?
图12用户交互活动图
下边是好友添加的时序图
图13好友添加时序图
3.4数据库设计
3.4.1数据库物理模型
通过对系统需求的分析,在关系数据库中建立相应的表,并建立了表之间的相互关系,下边的图是在Sql2000下这些表之间的对应关系图。
图14数据库物理模型
3.4.2数据字典
下边是关系数据库中每个表所对应的字段的详细信息
表1JUSERS(用户表)用来存放用户注册时的基本信息
简称
字段名
类型
长度
允许空
备注
JICQ
号码
bigint
8
Notnull
PK
JPassWord
密码
varchar
50
Notnull
JShowName
昵称
varchar
100
Notnull
JTrueName
真实名称
varchar
100
JAge
年龄
Int
4
JSex
性别
char
4
JCountry
国家
varchar
50
JProvince
省
varchar
50
JCity
市
varchar
50
JStatus
状态
smallint
2
Notnull
JUserIP
IP
varchar
50
Notnull
JPicID
图片ID
int
4
Notnull
JICQShowID
int
4
JEmail
电子邮件
varchar
100
JUnderWrite
个人签名
varchar
500
JProfession
专业
varchar
50
JStar
星座
varchar
50
JXuexing
血型
varchar
50
JGradute
学历
varchar
50
JAddress
住址
va