基于Qt的网络聊天软件服务器端设计

摘 要：聊天软件已广泛应用于人们的生活中，给人们的信息收集与交流带来了便利。详细介绍了如何基于Qt开发具有用户注册、用户资料维护、用户列表下发、登录校验、消息转发、文件传输等功能的网络聊天软件服务器端。

关键词关键词：Qt；网络聊天；消息转发；服务器端；文件传输

DOIDOI：10.11907/rjdk.162422

中图分类号：TP319

文献标识码：A 文章编号文章编号：16727800（2016）011010602

0 引言

随着聊天软件应用于人们生活的各个方面，为人们的工作、生活提供了很多便利，人们可以通过互联网进行信息的收集和整理，以及与不同地方的人交流。第一个具有影响力的即时通讯软件是ICQ，它在1996年底推出，现在已拥有245个国家的大约2亿用户。目前的聊天软件基本都是由服务器端和客户端两部分组成，其中客户端分为Web版和本地版。无论哪种版本，它们都需要通过与服务器端的通信来实现最终功能。本文从服务器端功能分析、工作流程、关键代码设计等方面阐述了聊天软件服务器端的设计过程[1]。

1 系统分析

对服务器的功能需求进行分析，是成功构建一个聊天系统服务器的第一步，该步骤对于之后设计服务器的模块工作是不可或缺的。即时聊天系统服务器的需求分析具体分为以下几部分：

（1）登录校验。

输入：来自客户端的用户名和密码。

处理流程：与数据库中的用户名和密码匹配，并反馈结果给客户端。

输出：匹配成功或失败。

（2）用户注册。

输入：来自客户端的用户名和密码。

处理流程：在数据库中写入新用户名和密码，并反馈结果给客户端。

输出：新建成功或失败。

（3）消息转发。

输入：客户端发送的聊天信息。

处理流程：根据需要发送的用户名进行转发，用户不在线时另作处理。

输出：转发信息给发往方。

（4）文件传输。

输入：客户端发送的文件数据。

处理流程：直接转发到发往方。

输出：转发数据给发往方。

（5）用户资料维护。

输入：客户端发送的更新请求。

处理流程：按请求更新数据库中对应的数据。

输出：更新成功或失败。

（6）用户列表下发。

输入：用户登录成功。

处理流程：当某用户登录成功后，下发在线用户列表给该用户。

输出：在线用户列表。

根据服务器端的需求分析，进行功能模块的划分，包括封包解析模块、封包生成模块、封包分发模块、数据存储模块、用户注册模块、用户登录模块、文本信息转发模块、离线文本信息转发模块、文件传输模块、用户列表下发模块、用户资料模块、超时检测模块。这些模块既能独立完成相关功能，又能相互协调，合作完成最终任务。

2 工作流程

有了完整的模块划分，现在需要构建服务器的工作流程，让服务器运转起来。此聊天服务器的核心工作流程，简单而言，即不断把消息包分类摊派到各个不同处理模块中的过程。

服务器在指定端口上侦听数据包，当接收到数据包后，首先调用封包解析模块对数据包进行解析，获取命令类型，再根据不同命令类型调用不同模块。模块处理完成后，再调用封包生成模块来打包结果，把处理结果发送给客户端。

当接收到登录命令时，将调用登录管理模块判断是否可以登入系统，不管是否能登入，都把结果打包返回客户端。如能成功登入，则继续调用用户列表下发模块，把在线用户列表打包发送给客户端；当接收到注册命令时，将调用用户注册模块往系统中添加新用户，注册模块会调用数据存储模块进行处理，然后把结果打包返回客户端；当接收到资料更新命令时，将调用资料管理模块，资料管理模块又会调用数据存储模块进行处理，处理完成后把结果反馈给客户端；当接收到文本消息时，将调用文本消息转发模块进行处理，该模块从解析得到的结果中获取所要发送的客户端并转发。如果检测到所要发送的客户端不在线，则转入离线消息模块处理。

用户登录后，客户端会定时发送心跳包到服务器，服务器自动维护此在线状态列表，并定时执行超时检测模块，把超时用户从在线列表中删除。

3 关键代码设计

Qt使用源代码级“一次编写，随处编译”的方式构建多平台图形用户界面程序，它完全面向对象且很容易扩展，为应用程序开发者建立艺术级图形用户界面提供了所需功能，提供了信号与槽的机制替代回调函数，使组件间的信号传递更加安全、简单。因此，它已经成为全世界范围内数千种成功的应用程序的基础，为世界上数千个最大的公司，包括IBM、摩托罗拉和夏普等提供开发软件[2]。

聊天服务器的工作流程比较简单，即：收到消息处理消息转发处理后的消息。聊天服务器启动时在特定端口监听，当有数据到达时，自动判断消息类型，并进行不同处理，然后根据处理结果，将其发送给客户端。在具体实现中，消息的接收、发送与判断消息类型都比较简单，工作量较大的是消息处理部分。因为有很多不同命令，对应的也有不同处理过程，所以在设计中需要把这些处理过程分离成单独的处理逻辑，在类中表现为不同函数。本模块设计并不包含图形用户界面的相关部分，当最终的服务器软件需要搭配图形界面时，只需在聊天服务器模块中定义相关信号，并在合适的时候发出信号，图形界面程序即可通过聊天服务器模块的信号与槽进行连接，从而实现显示更新等功能。

3.1 聊天服务器端类定义

为了利用Qt的信号和槽功能，聊天服务器类直接从QObject继承，具体代码如下 ：

class ChatServer ： public QObject

{ Q_OBJECT

public：

explicit ChatServer（QObject *parent = 0）；

void start（quint16 port=4500）； //启动服务

private：

void registerUser（const QString& id， const QString& password， const QHostAddress& addr， quint16 port）；//注册用户

bool login（const QString& id， const QString& password， const QHostAddress& addr， quint16 port）；//用户登录

void relayMessage（const QString& to， const QString& message， const QFont& font， const QColor& color， const QHostAddress& addr， quint16 port）；//转发聊天消息

void sendFriendsList（const QHostAddress& addr， quint16 port）； //发送用户列表

void feedback（const QHostAddress& addr， quint16 port）； //反馈

void logout（const QHostAddress& addr， quint16 port）； //注销

void keepAlive（const QHostAddress& addr， quint16 port）； //激活

QUdpSocket *m_udpSender； //发送数据的UDP对象

QUdpSocket *m_udpReceiver； //监听数据的UDP对象

QHash m_nameHash； //名字表

QHash m_hostHash； //主机表

QHash m_aliveTimeHash； //激活状态表

Storage m_storage； //数据存储对象

enum {onlineTimeout = 30}； //在线超时时间

private slots：

void processPendingDatagrams（）； //网络数据处理

void checkTimeout（）； //检查超时状态

}；

在ChatServer类的实现中，需要注意名称表、主机表以及激活状态表的维护，它们是维持服务器工作状态的核心。为了实现快速查询，这几张表都采用Qt中的哈希表QHash进行存储。例如：名称表是用户名到（主机，端口号）的映射，即通过用户名可以查询到对应的主机地址和端口号，在转发消息时则要使用到名称表。

3.2 超时检测

超时检测功能由定时器自动执行，以实现每隔固定时间更新一次在线状态的功能。当到达时间点时，程序开始遍历激活状态表中的所有用户，检查其最后一次的心跳包时间与当前系统时间的差值是否超过指定的预期，如果没有，则表示用户仍然正常在线；如果超时，则作自动注销处理。具体代码如下：

void ChatServer：：checkTimeout（）

{ QList keys = m_aliveTimeHash.keys（）； //查询所有用户名

QDateTime now = QDateTime：：currentDateTime（）； //获取当前系统时间

for （int i = 0； i < keys.length（）； ++i） //遍历所有用户

{ if （m_aliveTimeHash.value（keys.at（i））.secsTo（now） > onlineTimeout） //检查用户是否超时

{ qDebug（）

QStringList list = keys.at（i）.split（" "）；

QHostAddress addr；

addr.setAddress（list.at（0）.toInt（））；

quint16 port = list.at（1）.toInt（）；

logout（addr， port）； //用户超时时作注销处理

4 结语

关键代码介绍之后，其它功能代码的接口规范及实现则相对容易，这里不再赘述。服务器端软件设计完成后，配合客户端软件完成了消息的传递及转发、客户端文件传输及服务器端日志记录等功能。后期将继续在数据传输安全性与可靠性方面进行优化，支持客户端的其它扩展功能，提升用户体验。

参考文献：

[1] 赵茁琳，陈恒如，韩利凯.基于QT的网络聊天系统设计[J].软件导刊，2015，14（4）：114115.

[2] 张春艳.基于Qt的嵌入式图形用户界面研究与实现[D].大连：大连海事大学，2008.

[3] 丁林松，华丽琴.Qt4图形设计与嵌入式开发[M].北京：人民邮电出版社，2009.

[4] [英]萨默菲尔德.Qt高级编程[M].北京：电子工业出版社，2011.

[5] 吴迪.零基础学Qt4编程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010.

[6] 代勇.Visual C++网络通信编程技术详解[M].北京：机械工业出版社，2011.