成果展示:
(这张图是在我本地电脑上用pycharm运行两个程序测试,实际可以在两台电脑上分别运行。)
设备要求和实现的功能:
实现的功能:
跨局域网通信(仅支持两台计算机)
跨局域网收发小文件,支持缓存在服务器,再一键接收(仅支持两台计算机)
使用方法:
在服务器上运行server.py程序,在两台客户机上分别运行client.py程序,就会弹出图形化界面,就可以开始愉快使用啦。需要修改的地方是client.py里HOST要设置为服务器的ip地址,以及两处toFile要换成对应的服务器路径和本地存储路径。服务器的代码使用了python的tk库,但我用的是华为云的ECS服务器,是linux内核,并不支持跳出图形化界面,要跳出图形化界面的话需要下载X11,把消息转发到本地,在本地才能弹出窗口。具体的配置链接请看[https://www.cnblogs.com/yyiiing/p/17912650.html#5240133]
通信的基本原理:
因为临近考试了,虽然感觉很好玩,但没有花太多时间折腾,就搓了两天hh。原理很简单,用服务器作为中转,两台客户机和服务器建立起TCP连接,客户机A发消息给服务器,服务器再转发给客户机B。发文件的原理其实也是一样的,只不过是客户机A先把文件传输到服务器上,然后客户机再从服务器上读取。
UI界面介绍:
右边蓝色框仅显示聊天的文本信息,左边黄色框显示文件传输信息。
send Text按钮是用来发送文本的
select File按钮是用来选择文件的,点击后会出现如下界面:
send File按钮是用来发送文件的
receive按钮是用来接收所有未接收的文件
程序实现的基本原理客户端:
通信部分由于py库已经封装得很好了,所以直接调用socket库去建立和服务器的连接即可。
HOST = '你的服务器IP地址' PORT = 21567 ADDR = (HOST, PORT) BUFSIZ = 65536 tcpCli = socket(AF_INET, SOCK_STREAM) tcpCli.connect(ADDR) root = tk.Tk() chat_window = ChatWindow(root) threading.Thread(target=recv, args=(tcpCli, BUFSIZ, chat_window)).start() # 创建接收消息的线程并启动 root.mainloop() tcpCli.close()
比较困难的地方在于收发消息(广义的消息,包括文件和文本)
我建了一个message_queue用来存放所有要放出去的消息
- 出队时检查一下标识符,如果是以sendFile开头的话,那它的构成就是:#sendFile#filepath(准备要发送的文件在本地的路径)。根据路径读取文件,加上#fileData#告诉服务器我这是要发送文件了,打包发过去即可。
- 如果是文本消息的话不需要加标识符,直接发送。
是的,标识符是我为了区别文件和文本自己设计的,我猜测真实的场景里发送文件和发送消息应该是直接分开的,而不是都塞在一个消息队列里。
def send_messages(self): while True: message = self.message_queue.get() # 从队列中获取消息 if message.startswith("#sendFile#"): _, __, filepath = message.split("#") path_parts = filepath.split("/") # 获取最后一个部分 last_part = path_parts[-1] toFile = "/home/liyishui/" #发送到服务器上的存储路径 toFile+=last_part with open(filepath, "rb") as f: data = f.read() tcpCli.sendall(("#fileData#%s#" % toFile).encode() + data) toFile= "#sendFile#"+last_part tcpCli.send(toFile.encode()) else: tcpCli.send(message.encode())
对于接收的消息:
- 如果是以#fileData#开头,表明这是服务器在向你转发文件,你的客户端将会读取文件名(filepath)和数据(filedata),进行写入操作,并在左侧消息栏显示[Download] File download complete
- 如果是以#sendFile#开头,表明这是对方在向你的客户机发送文件,发送完成之后对方朝服务器发送了#sendFile#filename,表示发送成功。服务器再转告你,你的左侧消息栏就会弹出一条[Newfile] fileName
- 否则就是常规的文本消息操作,直接打印到图形化界面即可
def recv(sock, BUFSIZ, chat_window): try: while True: data = sock.recv(BUFSIZ) print(data) print(data.decode()) if not data: break if data.startswith(b"#fileData#"): _, filename, filepath, filedata = data.decode().split("#", 3) toFile = "C:\\Users\\33245\\Desktop\\ttssmm\\animal\\backend\\user2\\" + filepath.strip() #本地文件存储路径 with open(toFile, "wb") as f: f.write(filedata.encode()) time_tag = '[%s] ' % ctime() tag_config = ('sent_time_tag', 'green') chat_window.info_text.config(state='normal') chat_window.info_text.insert(tk.END, time_tag, tag_config) chat_window.info_text.insert(tk.END, '[Download] File download complete: {}\n'.format(filepath)) chat_window.info_text.config(state='disabled') chat_window.info_text.see(tk.END) continue elif data.startswith(b"#sendFile#"): _, __, filename = data.split(b"#", 2) chat_window.info_text.config(state='normal') filename=filename.decode() chat_window.info_text.insert(tk.END, '[Newfile]: %s\n' % filename) chat_window.info_text.config(state='disabled') chat_window.info_text.see(tk.END) continue elif data.decode() == '[CHAT]BEGIN': chat_window.add_log('[对方] ', data.decode()) print(data.decode()) # 打印到控制台 elif data.decode() == '[CHAT]END': sock.close() break else: chat_window.add_log('对方 ', data.decode()) print(data.decode()) # 打印到控制台 except OSError: pass
客户端的其他代码部分就是和图形化界面有关,具体的用法可以自行百度(而且也不是我写的啦,俺的舍友们搓的)
服务器端:
服务器端通信部分比较多,但整体思路还是一样的。
新建一个socket,监听PORT(这里是21567,换成其他的理论上也可以)
HOST = '' PORT = 21567 ADDR = (HOST, PORT) tcp = socket(AF_INET, SOCK_STREAM) tcp.bind(ADDR) tcp.listen(3) Users = [] Addrs = []
开两个队列,这是用来存放客户机尚未接收的文件名,客户机点击receive时,把队列里的元素全部出队。
开放连接,等到加入的用户数达到两个以后中断循环,客户机1和客户机2都新建用来连接的线程。
def accept_connections(): user1_files_queue = queue.Queue() # 新建用户1的文件队列 user2_files_queue = queue.Queue() # 新建用户2的文件队列 while len(Users) != 2: tcpCli, addr = tcp.accept() Users.append(tcpCli) Addrs.append(addr) user_box.insert(tk.END, "User" + str(len(Users)) + ": " + str(addr) + "\n")
启动线程,target函数是下面的trans,trans1的参数是user[0],然后才是user[1],因为对于trans1来说user[0]才是自己,user[1]是对方,trans2则反过来。
trans1 = threading.Thread(target=trans, args=(Users[0], Users[1], 1024, user1_files_queue, user2_files_queue)) trans1.start() trans2 = threading.Thread(target=trans, args=(Users[1], Users[0], 1024, user2_files_queue, user1_files_queue)) trans2.start()
trans函数里的sock1并不一定是user[0],取决于谁调用了trans。这个函数的功能是不断从sock1中获取消息,判断是否为文本或者文件,是文本则转发给sock2,是文件则存储并进入sock2的待接收队列。
可能有朋友对于涉及到线程的部分有点晕我们可以这么理解:
对于0号客户机,我们开了一个线程,这个线程会一直持续工作,工作的内容是从1号客户机接收消息,再转发给自己。对于1号客户机,我们也开了一个线程,同样的从对方接受消息然后转发给自己。
这个部分可以整合成一个函数trans,并用线程并行地去调用。不能写两个函数直接分别调用是因为这样就会有先后顺序,会导致一方一直在等待发消息,另一方的函数一直运行不了,所以要用线程库保证能并行。
def trans(sock1, sock2, BUFSIZ, user1_files_queue, user2_files_queue): while True: try: data = sock1.recv(BUFSIZ) except OSError: break if not data: sock1.close() else: # 判断是否是文件传输标识 if data.startswith(b"#fileData#"): _, filename, filepath, filedata = data.split(b"#", 3) save_file(filepath.decode(), filedata) message_display.insert(tk.END, f"File received: {filepath.decode()}\n") user2_files_queue.put(filepath.decode()) elif data == b"#receiveAll#": send_all_files(sock1, user1_files_queue) else: try: sock2.send(data) except OSError: sock1.close() break
待优化的地方:
只能实现小文件传输,因为原理是一次性把数据全部发过去,TCP连接的上限是64KB,对于更大的文件要分片多次发送,还没有实现这个逻辑。
没有离线传输,要实现的话就要用数据库去缓存待发出的消息,以及登记用户的名字、IP等等,相当于多搞一个注册账户的功能,再加一个数据库
只能两个人之间传输,要优化的话其实比较好处理,在原来的基础上加一个选择聊天室的模块,把可供连接的用户数增加,不再用trans函数来sock1和sock2这样对话,而是直接服务器给所有客户机广播。
多说几句:
第一次拿ptyhon写非人工智能领域的东西,感慨python真好用。
写博客的时候突然好奇真实的聊天场景应该是什么,就去搜了一下QQ,大概原理分发消息和发视频、发文件
打视频直接P2P,因为要经过服务器中转的话不仅速度变慢,也给服务器造成很大压力。所以我猜测一定程度上视频比文本更不容易被监管。
发文本消息分在线和离线。在线直接P2P传输,速度快,非常及时。如果对方不在线的话,就缓存到数据库,等上线了再发送。你可能会想那P2P不经过服务器的话,腾讯是怎么知道我们聊天内容的?本地会存储聊天消息,我们一边聊天,后台一边向服务器同步消息。这样既能保证聊天很及时,而同步消息没有那么着急,也可以慢慢来。
发文件的原理和我上面代码实现的其实很像,也是经由服务器,先储存在服务器,用户接收时再下载。所以qq发文件会有一个七天缓存,服务器只负责保存七天,七天后直接清空。
发送的消息可以拿md5或者sha256加密一下,一点都不加的话随便一抓包就知道我们在聊什么了哈哈哈
源码:客户端
import os.pathfrom socket import *import threadingfrom time import ctimefrom queue import Queueimport tkinter as tkfrom tkinter.filedialog import askopenfilenameclass ChatWindow: def __init__(self, master): self.master = master master.title('501密聊') master.geometry('620x400') # 设置窗口大小 self.paned_window = tk.PanedWindow(master, orient=tk.HORIZONTAL, sashwidth=4, sashrelief=tk.RAISED) self.paned_window.pack(expand=True, fill='both') # 左侧面板 self.left_panel = tk.Frame(self.paned_window, width=200, height=400) self.left_panel.grid_propagate(False) # 禁止自动调整大小 self.paned_window.add(self.left_panel) # 在左侧面板中添加显示信息的Text组件 self.info_text = tk.Text(self.left_panel, state='disabled', width=25, height=20, bg='light yellow') self.info_text.pack(expand=True, fill='both') self.info_text.tag_configure('tag_me', foreground='green') self.info_text.tag_configure('tag_user', foreground='blue') #在左侧面板中添加"reiceive"按钮 self.receive_button = tk.Button(self.left_panel, text="Receive", command=self.receive_all_files) self.receive_button.pack(side=tk.BOTTOM, pady=5) # 右侧面板 self.right_panel = tk.Frame(self.paned_window) self.right_panel.grid_propagate(False) # 禁止自动调整大小 self.paned_window.add(self.right_panel) # 在右侧面板中添加聊天窗口的组件 self.log_text = tk.Text(self.right_panel, state='disabled', width=50, height=20, bg='light blue') self.log_text.grid(row=0, column=0, columnspan=2) self.send_entry = tk.Text(self.right_panel, width=40, height=5) self.send_entry.grid(row=1, column=0) self.send_entry.bind('', self.send_message_on_enter) # 绑定回车键事件 self.send_button = tk.Button(self.right_panel, text='Send Text [or Enter]', command=self.send_message) self.send_button.grid(row=1, column=1,columnspan=2) self.scrollbar = tk.Scrollbar(self.right_panel, orient='vertical', command=self.log_text.yview) self.scrollbar.grid(row=0, column=2, sticky='ns') self.log_text.config(yscrollcommand=self.scrollbar.set) self.message_queue = Queue() # 创建队列用于存储待发送的消息 self.send_thread = threading.Thread(target=self.send_messages) # 创建发送消息的线程 self.send_thread.start() # 启动发送消息的线程 # 设置标签样式 self.log_text.tag_configure('sent_time_tag', foreground='green') self.log_text.tag_configure('recv_time_tag', foreground='blue') self.log_text.tag_configure('sent_message', foreground='green') self.log_text.tag_configure('recv_message', foreground='blue') self.file_entry = tk.Entry(self.right_panel, width=40) self.file_entry.grid(row=2, column=0) self.select_file_button = tk.Button(self.right_panel, text='Select File', command=self.select_file) self.select_file_button.grid(row=2, column=1) self.send_file_button = tk.Button(self.right_panel, text='Send File', command=self.send_file) self.send_file_button.grid(row=2, column=2) def receive_all_files(self): self.message_queue.put("#receiveAll#") def save_file(filename, filedata): with open(filename, "wb") as f: f.write(filedata) # 在客户端的 process_received_messages 方法中 def select_file(self): filepath = askopenfilename() if filepath: self.file_entry.delete(0, tk.END) self.file_entry.insert(tk.END, filepath) def send_file(self): filepath = self.file_entry.get() if filepath: self.message_queue.put("#sendFile#" + filepath) self.info_text.config(state='normal') self.info_text.insert(tk.END, 'File sent complete: %s\n' % os.path.basename(filepath)) self.info_text.config(state='disabled') self.info_text.see(tk.END) self.file_entry.delete(0, tk.END) else: tk.messagebox.showinfo('Warning', 'Please enter a file path.') def send_message(self): message = self.send_entry.get('1.0', tk.END) self.send_entry.delete('1.0', tk.END) if message.strip(): self.message_queue.put(message.strip()) # 将消息放入队列中 self.add_log('[Me]', message.strip(), is_sent=True) # 将消息显示在聊天消息列表框中 print('[Me]', message.strip()) # 打印到控制台 def send_message_on_enter(self, event): # 回车键事件处理函数 self.send_message() def add_log(self, user, message, is_sent=False): self.log_text.config(state='normal') if is_sent: time_tag = '[%s] ' % ctime() tag_config = ('sent_time_tag', 'green') message_tag = 'sent_message' else: time_tag = '[%s] ' % ctime() tag_config = ('recv_time_tag', 'blue') message_tag = 'recv_message' self.log_text.insert(tk.END, time_tag, tag_config) self.log_text.insert(tk.END, '\n') # 插入换行符 if is_sent: self.log_text.insert(tk.END, user, message_tag) else: self.log_text.insert(tk.END, user, message_tag) self.log_text.insert(tk.END, '%s\n' % message) self.log_text.config(state='disabled') self.log_text.see(tk.END) print(message) # 打印到控制台 def send_messages(self): while True: message = self.message_queue.get() # 从队列中获取消息 if message.startswith("#sendFile#"): _, __, filepath = message.split("#") path_parts = filepath.split("/") # 获取最后一个部分 last_part = path_parts[-1] toFile = "你的服务器上的存储路径" # toFile+=last_part with open(filepath, "rb") as f: data = f.read() tcpCli.sendall(("#fileData#%s#" % toFile).encode() + data) toFile= "#sendFile#"+last_part tcpCli.send(toFile.encode()) else: tcpCli.send(message.encode())def recv(sock, BUFSIZ, chat_window): try: while True: data = sock.recv(BUFSIZ) print(data) print(data.decode()) if not data: break if data.startswith(b"#fileData#"): _, filename, filepath, filedata = data.decode().split("#", 3) toFile = "你的本地文件存储路径" + filepath.strip() with open(toFile, "wb") as f: f.write(filedata.encode()) time_tag = '[%s] ' % ctime() tag_config = ('sent_time_tag', 'green') chat_window.info_text.config(state='normal') chat_window.info_text.insert(tk.END, time_tag, tag_config) chat_window.info_text.insert(tk.END, '[Download] File download complete: {}\n'.format(filepath)) chat_window.info_text.config(state='disabled') chat_window.info_text.see(tk.END) continue elif data.startswith(b"#sendFile#"): _, __, filename = data.split(b"#", 2) chat_window.info_text.config(state='normal') filename=filename.decode() chat_window.info_text.insert(tk.END, '[Newfile]: %s\n' % filename) chat_window.info_text.config(state='disabled') chat_window.info_text.see(tk.END) continue elif data.decode() == '[CHAT]BEGIN': chat_window.add_log('[对方] ', data.decode()) print(data.decode()) # 打印到控制台 elif data.decode() == '[CHAT]END': sock.close() break else: chat_window.add_log('对方 ', data.decode()) print(data.decode()) # 打印到控制台 except OSError: passif __name__ == '__main__': HOST = '你的ip地址' PORT = 21567 ADDR = (HOST, PORT) BUFSIZ = 65536 tcpCli = socket(AF_INET, SOCK_STREAM) tcpCli.connect(ADDR) root = tk.Tk() chat_window = ChatWindow(root) threading.Thread(target=recv, args=(tcpCli, BUFSIZ, chat_window)).start() # 创建接收消息的线程并启动 root.mainloop() tcpCli.close()
服务器端
from socket import *import tkinter as tkimport threadingimport osimport queue # 添加队列模块def trans(sock1, sock2, BUFSIZ, user1_files_queue, user2_files_queue): while True: try: data = sock1.recv(BUFSIZ) except OSError: break if not data: sock1.close() else: # 判断是否是文件传输标识 if data.startswith(b"#fileData#"): _, filename, filepath, filedata = data.split(b"#", 3) save_file(filepath.decode(), filedata) message_display.insert(tk.END, f"File received: {filepath.decode()}\n") user2_files_queue.put(filepath.decode()) elif data == b"#receiveAll#": send_all_files(sock1, user1_files_queue) else: try: sock2.send(data) except OSError: sock1.close() breakdef save_file(filename, filedata): with open(filename, "wb") as f: f.write(filedata)def send_all_files(sock, files_queue): while not files_queue.empty(): filepath = files_queue.get() filename = os.path.basename(filepath) print(filename) with open(filepath, "rb") as f: data = f.read() sock.sendall(("#fileData#%s#" % filename).encode() + data)def accept_connections(): user1_files_queue = queue.Queue() # 新建用户1的文件队列 user2_files_queue = queue.Queue() # 新建用户2的文件队列 while len(Users) != 2: tcpCli, addr = tcp.accept() Users.append(tcpCli) Addrs.append(addr) user_box.insert(tk.END, "User" + str(len(Users)) + ": " + str(addr) + "\n") trans1 = threading.Thread(target=trans, args=(Users[0], Users[1], 1024, user1_files_queue, user2_files_queue)) trans1.start() trans2 = threading.Thread(target=trans, args=(Users[1], Users[0], 1024, user2_files_queue, user1_files_queue)) trans2.start()if __name__ == '__main__': HOST = '' PORT = 21567 ADDR = (HOST, PORT) tcp = socket(AF_INET, SOCK_STREAM) tcp.bind(ADDR) tcp.listen(3) Users = [] Addrs = [] root = tk.Tk() root.title("Chat Server") root.geometry("400x300") # 创建用户框 user_box = tk.Listbox(root, width=20) user_box.pack(side=tk.LEFT, fill=tk.BOTH, expand=True) # 创建用于显示消息的文本框 message_display = tk.Text(root) message_display.pack(side=tk.LEFT, fill=tk.BOTH, expand=True) # 创建一个线程用于接受连接 accept_thread = threading.Thread(target=accept_connections) accept_thread.start() root.mainloop()