设计一个跨平台的即时通讯系统 (采用华为云 ECS 服务器作为服务端)【华为云至简致远】
【摘要】 这篇文章介绍了ECS服务器从购买、配置，部署、设计代码的整个流程。以即时聊天系统的项目案例设计，整体介绍了ECS弹性云服务器的一个运用场景。 选择云服务器ECS的优势在于：无需自建机房，无需采购以及配置硬件设施，分钟级交付，快速部署，缩短应用上线周期。使用也很简单，一个远程终端连接上去就行。
1. 前言
即时通信软件的出现使人与人之间的交流相处变得更加便捷。好友即使远隔千里，依旧可以互相通信，使得友谊得以长存；亲人即便因工作相隔很远，依然可以多多联系，以便家人安心，自己舒心；正是即时通信系统使得信息走向便捷化的道路，人与人之间的交流沟通更是方便。反过来也是信息交流的不可或缺，使得即时通信系统更加具备研究价值，互联网对其的重视从不减少，反倒是与日俱增，人们对其的功能构想更是丰富多样，更是推动了互联网大环境的发展。
这篇文章就设计一个简单的即时通讯软件，也就是类似于QQ这种聊天软件，通过这个软件设计实现过程来了解TCP网络编程知识点、客户端设计思路、公网服务器部署方式等知识；本身软件并不复杂，实现的都是一些基本功能，主要是通过这套软件的设计过程来对应介绍相关的知识点。
软件整体包含了一个客户端、一个服务器。客户端采用QT设计，支持跨平台运行，服务器采用Linux系统运行，为了方便实现公网聊天，不局限于局域网，服务器采用了华为云的ECS弹性服务器，系统选择了ubuntu18.04 64位 。 服务器端存储数据的数据库采用华为云的mySQL云数据，华为云MySQL数据的使用方式在上篇文章里讲过了。客户端的数据库采用SQLITE，数据都是存储在本地的，存储一些聊天记录等信息。
下面是客户端的界面效果:
（1）这是客户端登录界面。客户端可以无限运行，一个客户端就登录一个账号。
（2）这个截图清晰些
（3）这是登录之后的窗口
（4）这是两个好友登录之后，聊天的效果。登录需要登录服务器。
接下来就从服务器的购买、部署、开始介绍整体软件的设计。
2. 部署ECS云服务器
华为云的ECS云服务器现在购买也挺便宜的，刚好赶上618活动。
官网地址: www.huaweicloud.com/
鼠标光标放在左上角的产品字样上，会弹出一个列表，介绍可以使用购买的产品。
可以看到，ECS服务器挺火的，HOT字样都打上了。
云服务器本身就类似一台远程电脑，配上公网IP，可以随时远程上去操作。有了这个服务器就很方便了，可以24小时不关机，也不用关心耗电问题，不用关心维护问题，只要自己代码没问题，就能一直稳定运行的跑。
如果初次使用服务器，也可以去免费领取一个的使用权，这个还是很方便的。
领取地址: www.huaweicloud.com/
就在华为云的首页，可以看到免费试用产品。
现在有点晚了，服务器已经被领取完了，每天早上9点半会发放。
我之前已经领取过了，所以这里就不管了。
领取也很简单，下面贴一下当初领取时的过程记录。
（1）首先点击你想要的配置和类型领取
（2）选择配置。如果有选择，当然选择最高配置。
（3）选择操作系统，这里截图上选择的是ubuntu20.04 64位，也有ubuntu18.04可以选择，还有其他系统，具体看自己的需求。
（4）这里设置服务器的root登录密码，最好在这里就一次设置好，后面也不用再去修改。
（5）接下来就是按照流程点击下一步即可。
（6）在订单详情页面会看到资源正在创建，需要等待一段时间就会成功。
服务器买了之后，可以点击右上角的控制台按钮，去查看自己的服务器了。
在控制台页面，点击资源管理，可以看到自己有哪些实例可以使用，分别在什么区域。
点击进去自己的服务器详情页面。
服务器创建之后已经绑定了公网IP地址，这些就不用自己再次设置了。
接下来还需要设置一下安全组规则，开放一下外网访问的端口，如果不设置，不开放端口，外网无法访问服务器里的服务，这也是防火墙安全的控制手段。
点击添加规则按钮，设置自己需要开放的IP地址网段，端口范围就行了。
接下来点击页面上的远程登录按钮，登录一下服务器。
登录方式有多种，先选择一个默认方式，先体验一下，看看自己的服务器。
输入密登录即可。
登录之后进入命令行终端，熟悉的命令行出现了。
到此，一台全新的服务器已经搞定了，接下来就可以编写代码运行了。
3. 使用SSH协议登录服务器
在网页上直接登录，操作起来始终不方便，我在windows下一般使用SecureCRT 登录服务器。
服务器支持SSH协议登录，登录是很方便。
只需要知道服务器的公网IP地址、系统的用户名、系统密码即可。
公网地址就在服务器详情页面可以看到。用户名就是root，密码就是自己创建服务器时设置的密码。
下面就看一下登录效果:
点击接受并保存。
输入用户名、密码即可登录上去。
到此，采用SSH协议、利用终端软件成功登录了服务器，接下来就可以正常的开发了。
4. 即时系统整体设计思路
(1) 服务器设计:
登录认证： 服务器从客户端接收账户和密码，创建线程比对数据库中该用户账号、密码，比对成功，则返回用户信息给客户端，确认可进行登录。
客户端连接信息保存： 用户在客户端成功登录后，其所属账号、IP以及端口号被记录在数据库的连接信息表中以便管理。此时用户状态被置为1。反之，用户在客户端退出时，其账号、IP被连接信息表清除，此时用户状态被置为0.
用户注册： 当新用户使用时，用户需要填写用户名和密码。此时用户注册信息将存入数据库中，以备下次登录所需[10]。
增加好友： 服务触发增加好友的事件请求后，会即时将其账号信息存录数据库中进行管理。
删除好友： 服务器触发删除好友的事件请求后，会即时清除数据库中该用户的账户信息。
查找好友： 服务器一旦触发查找好友的事件请求时，会即时比对数据库中信息表的好友信息，该账号信息存在就可成功找到。
修改好友： 服务器触发好友信息修改的事件请求后，会即时更新该用户的账户信息。
好友通信： 服务器触发触发通信的事件请求时，会即时查询数据库中好友连接信息，再由此信息返回好友的ip地址及端口号给用户。
(2) 客户端设计:
用户注册： 用户在通信系统的客户端登录界面上输入账号、密码。接着，用户可单击按钮进行注册操作。此时，注册信息会即时发送给服务器，录入数据库进行管理。注册完，关闭客户端。下次登录时，用户通过客户端与服务器连接，查找账户信息，服务器判定账户信息正确，即表明注册成功。
用户登录： 用户点击“登录”按钮，根据客户端输入的账号信息判定其是否为空。若为空，程序运行不执行下述操作：向服务器发送登录请求。若不为空，程序运行即刻执行下述操作：向服务器发送登录请求。
好友在线状况： 客户端收到来自服务器的好友在线信息，好友联系人列表会发现此用户信息，表明该用户处于在线状态。用户可双击任一在线好友，双方即可进行交流。
一对一聊天： 用户双击联系人列表中任一在线友人。这时，客户端会给服务器发请求。服务器收到请求后，即时给客户端发送有关好友ip地址和端口号的连接信息。最终，双方实现信息交互。双方在聊天框中交流，客户端还含有好友聊天记录功能即消息管理。
群组聊天： 用户点击“群组”图标，客户端就会发送事件请求给服务器。服务器触发事件请求后，即时给客户端发送群聊的连接信息，此连接信息与群聊ip地址和端口号有关。最终，多人通信的用户通过客户端聊天界面实现信息交互。
5. 服务器代码
为了方便拷贝代码到服务器上去，我这里采用NFS服务器的方式拷贝，在服务器上搭建NFS服务器，共享一个目录出来，本地linux系统挂载，将代码这些文件拷贝过去。
（1）服务器端需要先安装服务器。
root@ecs-348470:~# sudo apt-get install nfs-kernel-server
（2）创建一个work目录方便当做共享目录使用
root@ecs-348470:~# mkdir work
（3）编写NFS配置文件
再编写NFS服务的配置文件/etc/exports， 填入配置信息。
/home/work *(rw,no_root_squash,sync,no_subtree_check,insecure)
（4）然后启动服务器即可
/etc/init.d/nfs-kernel-server start #启动 NFS 服务
复制代码
本地我使用的是ubuntu18.04系统，挂载服务器的路径，将群聊代码拷贝上去。
wbyq@wbyq:~$ sudo mount -t nfs -o nolock 122.112.212.171:/home/work /home/wbyq/mnt/
[sudo] wbyq 的密码：
wbyq@wbyq:~$ cd mnt/
wbyq@wbyq:~/mnt$ ls
wbyq@wbyq:~/mnt$ sudo cp /mnt/hgfs/linux-share-dir/socket_app/* ./
wbyq@wbyq:~/mnt$ ls
client_app.c server_app.c
wbyq@wbyq:~/mnt$
复制代码
这是服务器的第一版群聊代码，采用多线程方式处理客户端的连接请求。群聊模式下，服务器上主要是连接客户端之后，将消息转发给其余的客户端。
**代码已经拷贝上去: **
群聊服务器版本代码实现如下:
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdio.h>
#include <poll.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <pthread.h>
/*
创建服务器：
1. 创建socket套接字
2. 绑定端口号(给进程固定端口号和IP地址)--65535之内。
3. 设置监听的队列
4. 等待客户端连接
./app 8080
*/
int server_fd;
/*
发出的消息结构
*/
struct send_pack
{
char name[50];
char data[100];
char type; //0x1 表示上线，0x2表示下线 0x0表示正常聊天数据
};
/*
保存连接上服务器的客户端信息
*/
struct client_info
{
int client_fd;
struct client_info *next;
};
struct client_info *LIST_HEAD=NULL;
pthread_rwlock_t rwlock;
struct client_info *List_CreateHead(struct client_info *head);
void List_del(struct client_info *head,int client_fd);
void List_add(struct client_info *head,int client_fd);
/*信号处理函数*/
void sighandler_func(int sig)
{
/*4. 完毕套接字*/
close(server_fd);
printf("进程正常退出....\n");
exit(0);
}
/*
函数功能:线程处理子函数
*/
void *func_start(void *arg)
{
int client_fd=*(int*)arg;
free(arg);
//写加锁
pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);
//添加节点
List_add(LIST_HEAD,client_fd);
//解锁
pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
int cnt;
struct send_pack data_pack;
struct client_info *tmp_head;
int poll_stat;
struct pollfd poll_fd;
poll_fd.fd=client_fd;
poll_fd.events=POLLIN;
while(1)
{
poll_stat=poll(&poll_fd,1,-1);
if(poll_stat>0)
{
cnt=read(client_fd,&data_pack,sizeof(struct send_pack));
if(cnt==0)
{
//写加锁
pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);
//删除节点
List_del(LIST_HEAD,client_fd);
//解锁
pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
data_pack.type=2;//下线提醒
pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);
tmp_head=LIST_HEAD;
while(tmp_head->next)
{
tmp_head=tmp_head->next;
if(tmp_head->client_fd!=client_fd)
{
write(tmp_head->client_fd,&data_pack,sizeof(struct send_pack));
}
}
//解锁
pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
break;
}
//加锁
pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);
tmp_head=LIST_HEAD;
while(tmp_head->next)
{
tmp_head=tmp_head->next;
if(tmp_head->client_fd!=client_fd)
{
write(tmp_head->client_fd,&data_pack,sizeof(struct send_pack));
}
}
//解锁
pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
}
else if(poll_stat<0)
{
perror("poll函数监听失败.\n");
break;
}
}
/*6. 关闭连接*/
close(client_fd);
pthread_exit(NULL);
}
int main(int argc,char **argv)
{
if(argc!=2)
{
printf("./app <创建绑定的服务器端口号>\n");
return 0;
}
/*初始化读写锁*/
pthread_rwlock_init(&rwlock,NULL);
/*绑定需要捕获的信号*/
signal(SIGINT,sighandler_func);
/*创建链表头*/
LIST_HEAD=List_CreateHead(LIST_HEAD);
/*1. 创建socket套接字*/
server_fd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(server_fd<0)
{
printf("server:创建socket套接字失败.\n");
return 0;
}
/*2. 绑定端口号*/
struct sockaddr_in server_addr;
server_addr.sin_family=AF_INET;
server_addr.sin_port=htons(atoi(argv[1]));//把 16 位值从主机字节序转换成网络字节序
server_addr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;//表示本地所有IP地址
if(bind(server_fd,(const struct sockaddr *)&server_addr,sizeof(struct sockaddr_in)))
{
printf("server:绑定端口号失败.\n");
return 0;
}
/*3. 设置监听队列*/
listen(server_fd,100);
/*4. 等待客户端连接*/
struct sockaddr_in client_addr;
socklen_t addrlen;
pthread_t thread_id;
int *client_fd;
while(1)
{
addrlen=sizeof(struct sockaddr_in);
client_fd=malloc(sizeof(int));
*client_fd=accept(server_fd,(struct sockaddr *)&client_addr,&addrlen);
if(*client_fd<0)
{
printf("server:处理客户连接失败.\n");
return 0;
}
printf("客户端的IP地址:%s\n",inet_ntoa(client_addr.sin_addr));
printf("客户端的端口号:%d\n",ntohs(client_addr.sin_port));
/*创建新的线程*/
if(pthread_create(&thread_id,NULL,func_start,client_fd))
{
printf("线程创建失败.\n");
break;
}
/*设置线程的分离属性*/
pthread_detach(thread_id);
}
close(server_fd);
return 0;
}
/*
创建链表头
*/
struct client_info *List_CreateHead(struct client_info *head)
{
if(head==NULL)
{
head=malloc(sizeof(struct client_info));
}
return head;
}
/*
添加节点
*/
void List_add(struct client_info *head,int client_fd)
{
struct client_info *p=head;
struct client_info *new_node;
while(p->next)
{
p=p->next;
}
new_node=malloc(sizeof(struct client_info));
if(new_node==NULL)printf("内存空间申请失败.\n");
new_node->client_fd=client_fd;
new_node->next=NULL;
p->next=new_node;
}
/*
删除链表节点
*/
void List_del(struct client_info *head,int client_fd)
{
struct client_info *p=head;
struct client_info *old;
while(p->next)
{
old=p;
p=p->next;
if(p->client_fd==client_fd)
{
old->next=p->next;
free(p);
break;
}
}
}
复制代码
在服务器上编译运行代码:
root@ecs-348470:~/work# gcc server_app.c -o tcp_server -lpthread
root@ecs-348470:~/work# ls
server_app.c tcp_server
root@ecs-348470:~/work# ./tcp_server 8899
复制代码
运行服务器群聊代码，在本地ubuntu系统再运行客户端代码，测试通信效果：
6. 客户端代码设计
在设计过程中，为了测试，代码写了两份，一份命令的行的聊天客户端，一份QT设计带界面的完整版本。
6.1 Linux命令行客户端
**下面这是命令行版本的群聊客户端代码: **
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#include <stdio.h>
#include <poll.h>
#include <signal.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
/*
客户端：
1. 创建socket套接字
2. 连接指定的服务器
*/
int client_fd;
/*信号处理函数*/
void sighandler_func(int sig)
{
/*4. 完毕套接字*/
close(client_fd);
printf("进程正常退出....\n");
exit(0);
}
/*
发出的消息结构
*/
struct send_pack
{
char name[50];
char data[100];
char type; //0x1 表示上线，0x2表示下线 0x0表示正常聊天数据
};
void *func_start(void *arg)
{
/*1. 通信*/
int client_fd=*(int*)arg;
struct send_pack data;
int cnt;
int poll_stat;
struct pollfd poll_fd;
poll_fd.fd=client_fd;
poll_fd.events=POLLIN;
while(1)
{
poll_stat=poll(&poll_fd,1,-1);
if(poll_stat>0)
{
cnt=read(client_fd,&data,sizeof(struct send_pack));
if(cnt==sizeof(struct send_pack))
{
if(data.type==0)
{
printf("%s:%s\n",data.name,data.data);
}
else if(data.type==1)
{
printf("%s 用户上线.\n",data.name);
}
else if(data.type==2)
{
printf("%s 用户下线.\n",data.name);
}
}
else if(cnt==0)
{
printf("服务器断开连接.\n");
break;
}
}
else if(poll_stat<0)
{
perror("poll函数执行错误.\n");
break;
}
}
pthread_exit(NULL);
}
int main(int argc,char **argv)
{
if(argc!=4)
{
printf("./app <服务器IP地址> <服务器端口号> <用户名>\n");
return 0;
}
/*绑定需要捕获的信号*/
signal(SIGINT,sighandler_func);
/*1. 创建socket套接字*/
client_fd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(client_fd<0)
{
printf("client:创建socket套接字失败.\n");
return 0;
}
/*2. 连接服务器*/
struct sockaddr_in server_addr;
server_addr.sin_family=AF_INET;
server_addr.sin_port=htons(atoi(argv[2]));//把 16 位值从主机字节序转换成网络字节序
server_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[1]);//服务器IP地址
if(connect(client_fd,(const struct sockaddr *)&server_addr,sizeof(struct sockaddr_in)))
{
printf("client: 连接服务器失败.\n");
return 0;
}
/*3. 创建子线程*/
pthread_t thread_id;
if(pthread_create(&thread_id,NULL,func_start,&client_fd))
{
printf("线程创建失败.\n");
return 0;
}
/*4. 设置线程的分离属性*/
pthread_detach(thread_id);
struct send_pack data_pack;
strcpy(data_pack.name,argv[3]); //赋值用户名
data_pack.type=1;//上线提示
/*上线提示*/
write(client_fd,&data_pack,sizeof(struct send_pack));
/*进行正常聊天*/
data_pack.type=0;//正常聊天
while(1)
{
gets(data_pack.data);
write(client_fd,&data_pack,sizeof(struct send_pack));
}
/*5. 完毕套接字*/
close(client_fd);
return 0;
}
复制代码
这是聊天过程运行效果:
(1) 左边是华为云ECS服务器，右边是本地ubuntu系统运行客户端
（2）群聊天过程演示
6.2 QT完整版本客户端
这是QT设计的带私聊、群聊的客户端版本。界面子文件、资源文件、代码文件都较多，就不全部贴出了。和上面的区别就是加了界面，加了一些功能，核心实现思路差不多。
界面效果在文章首页已经截图了。
#include "qconnectobject.h"
#include "mainwidget.h"
QConnectObject::QConnectObject(QObject *parent) : QObject(parent)
{
tcpClient = new QTcpSocket(this);
connect(tcpClient,SIGNAL(readyRead()),this,SLOT(tcpreadData()));
connect(tcpClient,SIGNAL(error(QAbstractSocket::SocketError)),this,SLOT(ReadError(QAbstractSocket::SocketError)));
connectstate = false;
}
void QConnectObject::acceptConfig(QString stra, QString strb, QString strc)
{
m_ip = stra;
mc_port = strb;
if(connectstate == false){
QString ipAdd(stra), portd(strb);
if (ipAdd.isEmpty() || portd.isEmpty())
{
return;
}
tcpClient->connectToHost(ipAdd,portd.toInt());
if (tcpClient->waitForConnected(1000))
{
qDebug()<<"connectstate";
connectstate = true;
}
}
mtimer = new QTimer();
connect(mtimer,SIGNAL(timeout()),this,SLOT(mtimeout()));
mtimer->start(1000);
}
void QConnectObject::acceptLogin(QString stra, QString strb)
{
tcpClient->write(QString("LOGIN:%1:%2").arg(stra).arg(strb).toLocal8Bit());
}
void QConnectObject::acceptResiger(QString stra, QString strb)
{
tcpClient->write(QString("RESIGER:%1:%2").arg(stra).arg(strb).toLocal8Bit());
}
void QConnectObject::acceptMsg(QString str)
{
tcpClient->write(str.toLocal8Bit());
}
void QConnectObject::ReadError(QAbstractSocket::SocketError)
{
qDebug()<<"ReadError";
tcpClient->disconnectFromHost();
connectstate = false;
}
void QConnectObject::tcpreadData()
{
QByteArray datagram = tcpClient->readAll();
QString accbuf=QString::fromLocal8Bit(datagram);
qDebug()<<accbuf;
QStringList strlistA = accbuf.split(":");
if(strlistA.size() >= 1){
if(strlistA.at(0) == "LOGIN"){//登录
if(strlistA.size()>=2){
if(strlistA.at(1) == "true"){
emit sendLogin(true);
MainWidget::myport = strlistA.at(2);
}else if(strlistA.at(1) == "false"){
emit sendLogin(false);
}
}
}
if(strlistA.at(0) == "RESIGER"){//登录
if(strlistA.size()>=2){
if(strlistA.at(1) == "true"){
emit sendResiger(true);
}else if(strlistA.at(1) == "false"){
emit sendResiger(false);
}
}
}
if(strlistA.at(0) == "CONNECT_CLIENT"){//连接用户
emit sendClientInfo(accbuf);
}
if(strlistA.at(0) == "MSG"){//消息
emit sendMSG(accbuf);
} if(strlistA.at(0) == "GROUP"){//群
emit sendMSG(accbuf);
}
}
}
void QConnectObject::acceptProgress(double)
{
}
void QConnectObject::mtimeout()
{
if(connectstate == false){
QString ipAdd(m_ip), portd(mc_port);
if (ipAdd.isEmpty() || portd.isEmpty())
{
qDebug()<<"return"<<connectstate<<m_ip;
return;
}
tcpClient->connectToHost(ipAdd,portd.toInt());
if (tcpClient->waitForConnected(1000))
{
connectstate = true;
qDebug()<<"connectstate";
}
}else{
}
}
QString getHostIpAddress()
{
QString strIpAddress;
QList<QHostAddress> ipAddressesList = QNetworkInterface::allAddresses();
// 获取第一个本主机的IPv4地址
int nListSize = ipAddressesList.size();
for (int i = 0; i < nListSize; ++i)
{
if (ipAddressesList.at(i) != QHostAddress::LocalHost &&
ipAddressesList.at(i).toIPv4Address()) {
strIpAddress = ipAddressesList.at(i).toString();
break;
}
}
// 如果没有找到，则以本地IP地址为IP
if (strIpAddress.isEmpty())
strIpAddress = QHostAddress(QHostAddress::LocalHost).toString();
return strIpAddress;
}
void QConnectObject::sendFileClicked()
{
fileName = QFileDialog::getOpenFileName();
qDebug()<<fileName;
m_port = qrand()%30 + 300 + qrand()%50 + qrand()%10;
QString filstr = "FileTran:" + getHostIpAddress() + ":" + QString::number(m_port);
tcpClient->write(filstr.toLocal8Bit());
}
复制代码
7. 总结
这篇文章介绍了ECS服务器从购买、配置，部署、设计代码的整个流程。以即时聊天系统的项目案例设计，整体介绍了ECS弹性云服务器的一个运用场景。
最后的总结说明：选择云服务器ECS的一些优势，为什么要选择ECS云服务器？
【1】无需自建机房，无需采购以及配置硬件设施。
【2】分钟级交付，快速部署，缩短应用上线周期。
【3】成本透明，按需使用，支持根据业务波动随时扩展和释放资源。
如果中小型公司自己搭建服务器，成本相对购买现成的云服务器而言，会高很多很多，而且稳定性都是问题。
