基于Java的校园局域网通信系统的设计与实现

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

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。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。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嚣的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：

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。Java.net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getDataO可以获得数据报中的数据。DatagramSoeket类是在程序中发送和接收数据报的Socket，它的方法sendO、receiveO用来发送和接收数据报，DatagramSoeket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。Thread类的构造方法有：ThreadO；Thread(Runnabletarget)；在Java中通过ranO方法为线程指明要完成的任务，有两种技术来为线程提供runO方法：(1)继承Thread类并重载runO方法；(2)通过定义实现Runnable接口的类进而实现runO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addTabO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-RendererComponentO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setLookAndFeelO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。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sendO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requestFousO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DatagramSoeket类的receiveO方法来接收从对方传输过来的DatagramPacket数据报；通过getHostAddressO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getDataO方法获取数据，最后调用JTextPane类的replaceSelectionO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，FilelnputStream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FiIe文件，通过类FileOut-putStream将其创建为一个文件输出流；DataOutputStream类和DatalnputStream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人到缓冲区，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DatalnputStream的read()方法进行数据解包，转换为FilelnputStream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。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(Conneetion)、SQL语句(Statement)和结果集(ResuhSet)。内嵌模式的JavaDB通过JDBC组件连接数据库步骤实例如下：

Class.forNameC("org.apache.derby.jdbc.EmbeddedDriver")；∥加载JDBC驱动程序

String url="jdbc：derby：testdb"；

∥提供JDBC URL

Connection con=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。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。

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]谷庚华，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(1 2)：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)

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