基于Java的校园局域网通信系统的设计与实现.pdf

中国教育信息化 编辑部： 中国教育信息化2012.03(高教职教) 一、引言 目前流行的网络通信平台主要有QQ、 飞信、MSN 等，这些通讯软件都包含了发送消息、传递文件的功能， 为用户之间的沟通、交流带来了方便，但这些软件设计的 初衷并不是服务于办公和管理， 应用于日常办公存在一 定问题：（1）工作纪律问题：它们包含了丰富的娱乐、休闲 及游戏功能，且很具有吸引力，用户在使用软件时难免不 使用这些功能， 很多公司也因此禁止员工上班时使用这 类软件；（2）安全问题：有可能因为软件的漏洞遭遇网络 攻击、病毒入侵等，给计算机的安全带来隐患。 经过近年来的教育信息化建设， 各高校的校园网基 础设施已非常完善，校园网基本覆盖校内的所有楼群。在 此基础上，开发一个基于校园局域网的通讯系统，既能满 足高校各级管理人员之间的办公需求， 又能保证内部局 域网的安全，同时对于提高现代化管理水平和工作效率， 具有实际意义。 二、系统功能结构设计 Java语言已成为网络应用软件开发的主要工具，它 具有跨平台、多线程、可移植、安全等特点。Java拥有一套 强大的用于网络的API， 它能够使用网络上的各种资源 和数据，与服务器建立各种传输通道，将自己的数据传送 到网络的各个地方。 1借助于 Java的网络类和接口，本文 设计开发了一个基于Java的校园局域网通信系统，校园 局域网内的用户可以借助该系统相互发送消息、传送文件， 系统能够根据IP自动搜索到校内的用户，可以相互添加 为好友，对好友进行管理，同时用户还可以利用系统工具 进行简单的系统设置。 2系统的功能结构如图 1所示。 1.信息通信模块。信息通信是本系统的核心功能，使 用基于UDP协议的数据报和套接字实现用户之间的消 息传递；使用字节包装（解包）器和网络传输（接收）器实 现用户间的文件传输；借助多线程技术，系统能够实现同 时与多用户进行通信。 2.好友管理模块。具有添加好友（根据IP）、更改好友 姓名、删除好友的功能，另外可以搜索局域网内的其他用 户，系统会根据用户所设置的IP搜索范围搜索局域网内 的用户。 3.系统工具模块。设置程序的相关参数，如程序升级 路径、系统公告路径等；用户可以对系统界面进行个性化 设置，选择不同的风格；“访问公共资源”用于实现访问内 部公共服务器上资源的功能，“访问对方主机” 用于两人 聊天情况下对对方主机的访问和控制功能。 三、关键技术原理 基于Java的校园局域网通信系统的设计与开发涉 及了Java语言的很多技术原理，如图形界面设计、事件 处理、接口、系统托盘、网络通信、线程等，这里对Java网 络通信相关的几个关键技术原理予以介绍： 基于 Java 的校园局域网通信系统的 设计与实现 毛洪贲 1，倪高云2 （1.南京林业大学 教务处，江苏 南京210037； 2.南京林业大学 信息科学技术学院，江苏 南京210037） 摘要：针对流行通讯软件在办公、教学管理应用过程中存在的问题，本文设计了一个基于Java的校园网 通信系统，对系统进行了整体设计和实现。 该系统主要通过Java的Socket网络编程技术实现用户间的网络通 信，系统具有界面简洁、运行速度快、安全稳定等特点，有助于解决校园局域网内用户间的通信问题。 关键词：Java；多线程；UDP；网络通信 中图分类号：T393文献标识码：A文章编号：1673-8454(2012)03-0040-03 建设系统开发 4 0 中国教育信息化 发行部： China Education Info 1.UDP（User Datagram Protrol） 用户数据报协议UDP是传输层的无连接通信协议， 由于具有通信速度较快的特点，所以常常被应用在某些 无须实时交互、 准确性要求不高但传输速度要求较高的 场合。J软件包中的DatagramSocket类和Datagram- Packet类为实现UDP通信提供了支持。DatagramPacket 类用于创建数据报，其中一种用于传递数据报，该数据报 中包含要传递到的目的地址， 另一种数据报用于接收传 递过来的数据报中的数据，它的方法getData()可以获得 数据报中的数据。DatagramSocket类是在程序中发送和 接收数据报的Socket，它的方法send()、receive()用来发送 和接收数据报，DatagramSocket类对象创建后，它在本地 机器端口监听是否有数据到达或者将数据报发送出去。 UDP通信的传输过程如图2所示。 2.多线程 在实际的网络环境里， 同一时间只对一个用户服务 是不可行的， 系统应满足能够同时响应多个客户端的连 接请求，与多人同时进行会话。 将服务器写成多线程的， 不同的线程为不同的客户服务。 主程序监听并接收多个 客户端的请求，线程负责网络连接，与客户进行消息传输， 如图3所示。 线程是比进程更小一级的执行单元。 一个进程在执 行过程中可以产生多个线程，形成多条执行线索。每个线 程也有它自身的产生、存在和消亡的过程。Java的线程是 通过Java的软件包Java.lang中定义的类Thread来实现 的。 3 Thread类的构造方法有：Thread()；Thread（Runnable target）；在Java中通过run()方法为线程指明要完成的任 务，有两种技术来为线程提供run()方法：（1）继承Thread 类并重载run()方法；（2）通过定义实现Runnable接口的 类进而实现run()方法。 3.JavaDB JavaDB（Derby）是一个纯Java实现、开源的数据库 管理系统（DBMS），源于Apache软件基金会（ASF）名下 的项目Derby。 从Java6开始，Sun的JDK中就附带了 JavaDB，安装JDK后，在%JAVA_HOME%Sun目录下将 生成一个JavaDB文件夹，其中包括核心库、演示程序以 及数据库实例。 作为内嵌的数据库，Java程序员不再需 要耗费大量精力安装和配置数据库， 就能进行安全、易 用、免费的数据库编程。 它支持存储过程和触发器，有两 种运行模式，一种是作为嵌入式数据库，另一种是作为网 络数据库。 前者的数据库服务器和客户端都在同一个 JVM里面运行，后者允许数据库服务器端和客户端不在 同一个JVM里面， 而且允许这两者在不同的物理机器 上。 本系统采用内嵌模式使用JavaDB，数据库中的表用 于存放用户信息和窗体位置信息。 四、系统实现 1.主窗体设计 主窗体界面由用户列表、系统公告提示栏、系统选项 卡组成。 调用JtabbedPane类创建选项卡面板， 通过 JtabbedPane类的addTab()方法添加卡片，其中系统选项 卡用于切换不同管理界面，包括：用户列表、系统工具和 系统设置3个卡片。 （1）用户列表：用户列表使用JTree树控件实现，并 实现了TreeCellRenderer接口， 通过其中的getTreeCell- RendererComponent()方法，创建实现显示自定义图标的 树单元格渲染器， 自定义树节点的样式， 绘制用户的边 框、头像和状态图标信息。 程序的资源（如图片、声音等） 与程序存放在一起并打包到一个JAR文件中，可以保证 程序和资源的同步。 （2）系统工具：系统工具选项卡包括界面设置、搜索 用户、 系统更新功能， 这些方法都是通信系统中的工具 类，可以由其他类来直接调用，因此这些方法都设置为静 态方法。 对系统外观进行设置时， 使用UIManager类的 setLookAndFeel()方法设置不同的LookAndFeel外观。通过 多重循环，根据用户指定的IP范围搜索用户；使用net use 命令访问服务器进行升级。 （3）系统设置：系统设置选项卡中可以设置系统相关 参数，如程序升级路径、登录用户名及密码、搜索IP范 围。 在构造方法中初始化窗体上的控件，数据库操作类、 首选项对象等属性，为窗体添加事件监听器、为公告信息 按钮添加监听器等。 在构造方法中初始化Socket服务 系统开发建设 4 1 中国教育信息化 编辑部： 中国教育信息化2012.03(高教职教) 器，启动并指定通信端口号。 2.消息通信 由于UDP是无连接的， 因此无法进行双向通信，如 果要进行双向通信， 必须两端都成为UDP Server。 通过 DatagramSocket类和DatagramPacket类来实现通信，Data- gramSocket负责监听端口及读写数据，DatagramPacket作 为数据流对象进行传输。 4服务器端程序初始化时启动 指定端口，从用户列表树获取对方的IP，将用户在文本 框中输入的消息转化为字符数组， 调用DatagramSocket 类的send()方法将消息发送至客户端，发送结束后立即 清空发送文本框，并通过requestFous()获得焦点。 客户端程 序启动时，创建DatagramSocket类对象，在指定的端口监 听；调用DatagramSocket类的receive()方法来接收从对方 传输过来的DatagramPacket数据报；通过getHostAddress() 方法从数据报中获取发送方的IP地址、姓名，并将其显 示；调用DatagramPacket类的getData()方法获取数据，最 后调用JTextPane类的replaceSelection()方法将数据报中 的信息追到信息文本框中，进行可视化显示。 3.文件传输 文件传输问题是一种IO读写问题，对于网络而言也 是如此。 从服务器文件系统中通过流把文件中的数据写 入到服务器的进程中，然后把进程中的数据通过网络IO 系统传递到客户端，网络中的数据以字节流的形式保存。 当该字节流被客户进程接受后， 客户进程通过客户本地 文件流写入本地的文件系统中。File，FileInputStream和 FileOutputStream提供了基本的本地文件输入输出接口。 服务器从本地读取要输出的File文件， 通过类FileOut- putStream将其创建为一个文件输出流；DataOutputStream 类和DataInputStream类提供了上面的字节包装和解包 器的实现， 将其转换为可以在网络中传输的数据流； 调用类DataOutputStream的write（）方法将网络输出流 写入到缓冲区，调用flush（）方法刷新缓冲区，将数据 写入到客户端； 客户端通过网络接受服务器数据， 并调 用类DataInputStream的read（）方法进行数据解包，转换 为FileInputStream流，将数据写入客户本地File文件。 4.数据库的实现 JDBC是一个标准的数据库访问接口，能访问各种不 同的关系型数据库。JDBC为Java提供一个调用级的接 口，主要完成三个方面的功能：建立与数据库的连接；向 数据库发送SQL语句；处理数据库，返回结果。 5这些功 能由一系列API实现，其中主要的接口有驱动程序管理 器（DriverManager）、驱动（Driver）、连接（Connection）、SQL 语句（Statement）和结果集（ResultSet）。 内嵌模式的JavaDB 通过JDBC组件连接数据库步骤实例如下： Class.forName(org.apache.derby.jdbc.EmbeddedDriver); /加载JDBC驱动程序 String url = jdbc:derby:testdb;/ 提供JDBC URL Connectioncon =DriverManager.getConnection (url); /获取Connection对象 Statement st=conn.createStatement ();/ 将SQL语句发送到数据库 ResultSet rs=st.executeQuery(select * from testtable); /返回结果集 其中DriverManager类是JDBC的管理层，作用于用 户和驱动程序之间， 用于在数据库和相应驱动程序之间 建立连接。6在JavaDB中建立一个数据库，并在这个数据 库中创建两个表，一个用于存放用户信息，其中包括用户 的IP、主机名称、姓名、头像图标；另一个是存放窗体位 置和大小信息， 将用户调整后的窗体位置和窗体大小存 储到窗体信息表中，下次用户启动程序时，系统根据数据 库表中的记录恢复。 存储用户信息，进行添加、删除用户 时，执行相应的数据库操作，进行SQL更新，最后关闭数 据库。创建数据库操作类，它的方法负责有关数据库的操 作，该类在构造方法中驱动并连接数据库。 五、结束语 本文介绍了利用Java技术设计开发的校园局域网络 通信系统，阐述了系统的功能结构、网络通信相关的技术 原理，着重分析了信息发送、文件传输的过程、原理及在开 发中所涉及的主要的类和方法。 根据系统的应用情况来 看， 系统具有较友好的通信界面及流畅的网络通信效果， 基本满足了界面友好、速度快、安全以及稳定等特点。当然 系统还有不完善之处，如：文件传输没有实现离线传输功 能，缺少创建群功能等，这些还需要以后逐步实现。筅 参考文献： 1董迎红,张杰敏.Java语言程序设计实用教程M. 北京:中国林业出版社,2006. 2苗春义等.Java项目开发全程实录M.北京:清华 大学出版社,2009. 3谷庆华,李成贵.Java多线程技术在网络通信系统 中的应用J.西安外事学院学报,2007(12)：99-104. 4田绪安,王红梅.一种基Java的网络通信程序现代 电子技术J.2009(09)：1858-1860. 5梁普选.Java程序设计与网络编程M.北京:清华 大学出版社,2007. 6刘万军.Java6程序设计实践教程M.北京:清华大 学出版社,2009. （编辑：杨馥红） 建设系统开发 4 2