Разработка клиент-серверного чата на Java. Часть 1. Немного теории и сервер

Со́кеты (англ. socket — углубление, гнездо, разъём) — название программного интерфейса для обеспечения обмена данными между процессами. Сокет — абстрактный объект, представляющий конечную точку соединения.

ServerSocket socketListener = new ServerSocket("1234"); //Слушаем порт 1234

while (true) {
   Socket client = null;
   while (client == null) { 
      client = socketListener.accept(); //Пытаемся соединиться с клиентом
   }
   //Как только подключились, можем как-то с ним взаимодействовать
}

Сериализация — процесс перевода какой-либо структуры данных в последовательность битов. Обратной к операции сериализации является операция десериализации — восстановление начального состояния структуры данных из битовой последовательности.

Сериализация используется для передачи объектов по сети и для сохранения их в файлы.

package anexroid.server;

import java.io.IOException;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.net.SocketException;

public class Server {
	public static void main(String[] args) {
		try {
                                          //Создаем слушатель
			ServerSocket socketListener = new ServerSocket("1234");

			while (true) {
				Socket client = null;
				while (client == null) {
					client = socketListener.accept();
				}
				new ClientThread(client); //Создаем новый поток, которому передаем сокет
			}
		} catch (SocketException e) {
			System.err.println("Socket exception");
			e.printStackTrace();
		} catch (IOException e) {
                                          System.err.println("I/O exception");  
			e.printStackTrace();
		}
	}
}

package anexroid.server

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.IOException;
import java.util.Properties;

public class Config {
    private static final String PROPERTIES_FILE = "./server.properties";

    public static int PORT;

    static {
        Properties properties = new Properties();
        FileInputStream propertiesFile = null;

        try {
            propertiesFile = new FileInputStream(PROPERTIES_FILE);
            properties.load(propertiesFile);

            PORT             = Integer.parseInt(properties.getProperty("PORT"));
        } catch (FileNotFoundException ex) {
            System.err.println("Properties config file not found");
        } catch (IOException ex) {
            System.err.println("Error while reading file");
        } finally {
            try {
                propertiesFile.close();
            } catch (IOException ex) {
                ex.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

public class Message implements Serializable {

    private String login;
    private String message;
    private String[] users;
    private Date time;
    
    //Конструктор, которым будет пользоваться клиент
    public Message(String login, String message){
        this.login = login;
        this.message = message;
        this.time = java.util.Calendar.getInstance().getTime();
    }

    //Конструктор, которым будет пользоваться сервер
    public Message(String login, String message, String[] users){
        this.login = login;
        this.message = message;
        this.time = java.util.Calendar.getInstance().getTime();
        this.users = users;
    }

    public void setOnlineUsers(String[] users) {
        this.users = users;
    }

    public String getLogin() {
        return this.login;
    }

    public String getMessage() {
        return this.message;
    }

    public String[] getUsers() {
        return this.users;
    }

    public String getDate(){
        Time tm = new Time(this.time.getTime());
        return tm.toString();
    }
}

public class Ping extends Message {
	public Ping() {
		super("ping", "ping");
	}
}

public void run() {
   try {
      //Создаем потоки ввода-вывода для работы с сокетом
      final ObjectInputStream inputStream   = new ObjectInputStream(this.socket.getInputStream());
      final ObjectOutputStream outputStream = new ObjectOutputStream(this.socket.getOutputStream());
      
      //Читаем Message из потока 
      this.c       = (Message) inputStream.readObject();

      //Читаем логин отправителя
      this.login = this.c.getLogin();

      //Что же нам прислали?
      if (! this.c.getMessage().equals(Config.HELLO_MESSAGE)) { //Если это не регистрационное сообщение
         System.out.println("[" + this.c.getLogin() + "]: " + this.c.getMessage());
         getChatHistory().addMessage(this.c); //То добавляем его к истории чата
      } else { 
         outputStream.writeObject(getChatHistory()); //Иначе, отправляем новичку историю чата
         this.broadcast(getUserList().getClientsList(), new Message("Server-Bot", "The user " + login + " has been connect")); //И сообщаем всем клиентам, что подключился новый пользователь
      }
      //Добавляем к списку пользователей - нового
      getUserList().addUser(login, socket, outputStream, inputStream);

      //Для ответа, указываем список доступных пользователей
      this.c.setOnlineUsers(getUserList().getUsers());

      //Передаем всем сообщение пользователя
      this.broadcast(getUserList().getClientsList(), this.c); 

      //Запускаем таймер
      this.timer = new Timer(DELAY, new ActionListener() {
         @Override
         public void actionPerformed(ActionEvent e) {
	try { //Если количество входящих пакетов от клиента рано исходящему, значит клиент еще не в ауте
	   if (inPacks == outPacks) {
	      outputStream.writeObject(new Ping());
	      outPacks++;
	      System.out.println(outPacks + " out");
	   } else { //Иначе, в ауте
	      throw new SocketException();
	   }
	} catch (SocketException ex1) {
	      System.out.println("packages not clash");
	      System.out.println(login + " disconnected!");
                    //Удаляем клиента из списка доступных и информируем всех
	      getUserList().deleteUser(login);
                    broadcast(getUserList().getClientsList(), new Message("Server-Bot", "The user " + login + " has been disconnect", getUserList().getUsers()));
	      flag = true;
                    timer.stop();
	}  catch (IOException ex2) {
                        ex2.printStackTrace();
              }
           }
      });

     this.timer.start();

     //Начинаем пинговать клиента
     outputStream.writeObject(new Ping());
     this.outPacks++;
     System.out.println(outPacks + " out");

     //А теперь нам остается только ждать от него сообщений
     while (true) {
         //Как только пинг пропал - заканчиваем
         if(this.flag) {
            this.flag = false;
            break;
         }
         //Принимаем сообщение
         this.c = (Message) inputStream.readObject();
         
         //Если это ping
         if (this.c instanceof Ping) {
                    this.inPacks++;
                    System.out.println(this.inPacks + " in");
         } else if (! c.getMessage().equals(Config.HELLO_MESSAGE)) {
	      System.out.println("[" + login + "]: " + c.getMessage());
	      getChatHistory().addMessage(this.c);
         } else {
                    outputStream.writeObject(getChatHistory());
	      this.broadcast(getUserList().getClientsList(), new Message("Server-Bot", "The user " + login + " has been connect"));
          }

          this.c.setOnlineUsers(getUserList().getUsers());

          if (! (c instanceof Ping) && ! c.getMessage().equals(Config.HELLO_MESSAGE)) {
	System.out.println("Send broadcast Message: "" + c.getMessage() + """);
	this.broadcast(getUserList().getClientsList(), this.c);
          }
     }

     } catch (SocketException e) {
         System.out.println(login + " disconnected!");
         this.broadcast(getUserList().getClientsList(), new Message("Server-Bot", "The user " + login + " has been disconnect", getUserList().getUsers()));
         this.timer.stop();
      } catch (IOException e) {
         e.printStackTrace();
      } catch (ClassNotFoundException e) {
         e.printStackTrace();
      }
}

private void broadcast(ArrayList<Client> clientsArrayList, Message message) {
   try {
      for (Client client : clientsArrayList) {
         client.getThisObjectOutputStream().writeObject(message);
      }
   } catch (SocketException e) {
      System.out.println("in broadcast: " + login + " disconnected!");
      getUserList().deleteUser(login);
      this.broadcast(getUserList().getClientsList(), new Message("System", "The user " + login + " has been disconnected", getUserList().getUsers()));
      timer.stop();
   } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
   }
}

public class ClientThread extends Thread {

	private final static int DELAY = 30000;

	private Socket socket;
	private Message c;
	private String login;
	private int inPacks = 0;
	private int outPacks = 0;
	private boolean flag = false;
	private Timer timer;

	public ClientThread(Socket socket) {
		this.socket = socket;
		this.start();
	}

	public void run() {
		try {
			final ObjectInputStream inputStream   = new ObjectInputStream(this.socket.getInputStream());
			final ObjectOutputStream outputStream = new ObjectOutputStream(this.socket.getOutputStream());

			this.c = (Message) inputStream.readObject();
            this.login = this.c.getLogin();


			if (! this.c.getMessage().equals(Config.HELLO_MESSAGE)) {
				System.out.println("[" + this.c.getLogin() + "]: " + this.c.getMessage());
				getChatHistory().addMessage(this.c);
			} else {
				outputStream.writeObject(getChatHistory());
				this.broadcast(getUserList().getClientsList(), new Message("Server-Bot", "The user " + login + " has been connect"));
			}
			getUserList().addUser(login, socket, outputStream, inputStream);

            this.c.setOnlineUsers(getUserList().getUsers());
			this.broadcast(getUserList().getClientsList(), this.c);

			this.timer = new Timer(DELAY, new ActionListener() {
				@Override
				public void actionPerformed(ActionEvent e) {
					try {
						if (inPacks == outPacks) {
							outputStream.writeObject(new Ping());
							outPacks++;
							System.out.println(outPacks + " out");
						} else {
							throw new SocketException();
						}
					} catch (SocketException ex1) {
						System.out.println("packages not clash");
						System.out.println(login + " disconnected!");
						getUserList().deleteUser(login);
                        broadcast(getUserList().getClientsList(), new Message("Server-Bot", "The user " + login + " has been disconnect", getUserList().getUsers()));
						flag = true;
                        timer.stop();
					}  catch (IOException ex2) {
                        ex2.printStackTrace();
                    }
                }
			});

			this.timer.start();
			outputStream.writeObject(new Ping());
            this.outPacks++;
			System.out.println(outPacks + " out");

			while (true) {
				if(this.flag) {
                    this.flag = false;
					break;
				}
				this.c = (Message) inputStream.readObject();

				if (this.c instanceof Ping) {
                    this.inPacks++;
					System.out.println(this.inPacks + " in");

				} else if (! c.getMessage().equals(Config.HELLO_MESSAGE)) {
					System.out.println("[" + login + "]: " + c.getMessage());
					getChatHistory().addMessage(this.c);

				} else {
					outputStream.writeObject(getChatHistory());
					this.broadcast(getUserList().getClientsList(), new Message("Server-Bot", "The user " + login + " has been connect"));
				}

                this.c.setOnlineUsers(getUserList().getUsers());

				if (! (c instanceof Ping) && ! c.getMessage().equals(Config.HELLO_MESSAGE)) {
					System.out.println("Send broadcast Message: "" + c.getMessage() + """);
					this.broadcast(getUserList().getClientsList(), this.c);
				}
			}

		} catch (SocketException e) {
			System.out.println(login + " disconnected!");
			getUserList().deleteUser(login);
            broadcast(getUserList().getClientsList(), new Message("Server-Bot", "The user " + login + " has been disconnect", getUserList().getUsers()));
            this.timer.stop();
		} catch (IOException e) {
			e.printStackTrace();
		} catch (ClassNotFoundException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}


	private void broadcast(ArrayList<Client> clientsArrayList, Message message) {
		try {
			for (Client client : clientsArrayList) {
				client.getThisObjectOutputStream().writeObject(message);
			}
		} catch (SocketException e) {
			System.out.println("in broadcast: " + login + " disconnected!");
			getUserList().deleteUser(login);
			this.broadcast(getUserList().getClientsList(), new Message("Server-Bot", "The user " + login + " has been disconnected", getUserList().getUsers()));

			timer.stop();
		} catch (IOException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}

}

public class Client {
    private Socket socket;
    private ObjectOutputStream oos;
    private ObjectInputStream ois;

    public Client(Socket socket){
        this.socket = socket;
    }

    public Client(Socket socket , ObjectOutputStream oos , ObjectInputStream ois ){
        this.socket = socket;
        this.oos = oos;
        this.ois = ois;
    }

    public Socket getSocket() {
        return this.socket;
    }

    public ObjectOutputStream getThisObjectOutputStream() {
        return this.oos;
    }

    public ObjectInputStream getThisObjectInputStream() {
        return this.ois;
    }

    public void setThisObjectOutputStream(ObjectOutputStream oos) {
        this.oos = oos;
    }

    public void setThisObjectInputStream(ObjectInputStream ois) {
        this.ois = ois;
    }
}

public class UsersList {

    private Map<String, Client> onlineUsers = new HashMap<String, Client>();

    public void addUser(String login, Socket socket, ObjectOutputStream oos, ObjectInputStream ois) {
        System.out.println( login +" connected" );

        if (!this.onlineUsers.containsKey(login)) {
            this.onlineUsers.put(login , new Client(socket, oos, ois));
        } else {
            int i = 1;
            while(this.onlineUsers.containsKey(login)) {
                login = login + i;
                i++;
            }
            this.onlineUsers.put(login , new Client(socket, oos, ois));
        }
    }

    public void deleteUser(String login) {
        this.onlineUsers.remove(login);
    }

    public String[] getUsers() {
        return this.onlineUsers.keySet().toArray(new String[0]);
    }

    public ArrayList<Client> getClientsList() {
        ArrayList<Client> clientsList = new ArrayList<Client>(this.onlineUsers.entrySet().size());

        String s = "";
        for(Map.Entry<String, Client> m : this.onlineUsers.entrySet()){
            clientsList.add(m.getValue());
            System.out.println(m.getKey());
            s = s + m.getKey();
        }

        return clientsList;
    }

}

public class ChatHistory implements Serializable {
    private List<Message> history;

    public ChatHistory() {
        this.history = new ArrayList<Message>(Config.HISTORY_LENGTH);
    }

    public void addMessage(Message message){
        if (this.history.size() > Config.HISTORY_LENGTH){
            this.history.remove(0);
        }

        this.history.add(message);
    }

    public List<Message> getHistory(){
        return this.history;
    }

}

public class Server {

	private static UsersList list = new UsersList();
	private static ChatHistory chatHistory = new ChatHistory();

	public static void main(String[] args) {
		try {
                                          //Создаем слушатель
			ServerSocket socketListener = new ServerSocket("1234");

			while (true) {
				Socket client = null;
				while (client == null) {
					client = socketListener.accept();
				}
				new ClientThread(client); //Создаем новый поток, которому передаем сокет
			}
		} catch (SocketException e) {
			System.err.println("Socket exception");
			e.printStackTrace();
		} catch (IOException e) {
                                          System.err.println("I/O exception");  
			e.printStackTrace();
		}
	}

	public synchronized static UsersList getUserList() {
		return list;
	}

	public synchronized static ChatHistory getChatHistory() {
		return chatHistory;
	}
}

public class Config {
    private static final String PROPERTIES_FILE = "./server.properties";

    public static int PORT;
    public static int HISTORY_LENGTH;
    public static String HELLO_MESSAGE;

    static {
        Properties properties = new Properties();
        FileInputStream propertiesFile = null;

        try {
            propertiesFile = new FileInputStream(PROPERTIES_FILE);
            properties.load(propertiesFile);

            PORT             = Integer.parseInt(properties.getProperty("PORT"));
            HISTORY_LENGTH   = Integer.parseInt(properties.getProperty("HISTORY_LENGTH"));
            HELLO_MESSAGE    = properties.getProperty("HELLO_MESSAGE");

        } catch (FileNotFoundException ex) {
            System.err.println("Properties config file not found");
        } catch (IOException ex) {
            System.err.println("Error while reading file");
        } finally {
            try {
                propertiesFile.close();
            } catch (IOException ex) {
                ex.printStackTrace();
            }
        }
    }
}