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QT 基础聊天应用项目文档

news 2025/8/18 5:45:05

一、项目介绍

本项目是一个基于Qt框架开发的客户端/服务器架构应用，支持用户通信与文件管理功能。客户端与服务器通过TCP协议实现数据交互，采用自定义协议规范数据格式，结合数据库存储用户信息与关系，并通过多线程与线程池优化性能，最终实现了用户认证、好友管理、在线聊天、文件操作（创建、上传、下载、移动、分享等）等核心功能。

二、项目功能

1. 客户端功能

用户认证：支持注册（用户名、密码存储）与登录（验证身份并更新在线状态）。

好友管理：查找用户（在线/离线状态）、添加/删除好友、刷新好友列表、查看在线用户。

在线聊天：选择好友发起对话，实时发送与接收消息。

文件操作：

· 目录管理：创建文件夹、删除目录、重命名、返回上级目录。

· 文件管理：上传本地文件、移动文件、下载文件、分享文件给好友。

· 列表刷新：实时更新当前目录下的文件/文件夹列表。

2. 服务器功能

连接管理：监听客户端连接，使用线程池处理多客户端请求，支持并发通信。

请求处理：解析客户端PDU（协议数据单元），处理注册、登录、消息转发、文件操作等请求。

数据存储：通过数据库维护用户信息（账号、密码、在线状态）与好友关系。

文件管理：处理客户端的文件上传、创建目录、删除等操作，维护服务器文件系统。

消息转发：实现用户间聊天消息、文件分享通知的转发。

三、技术点详解

1. 客户端与服务器搭建及通信（TCP）

搭建方式

客户端：通过QTcpSocket建立与服务器的连接，在Client类中封装连接逻辑（loadConfig加载服务器IP和端口，connectToHost发起连接）。

服务器：通过QTcpServer（自定义MyTcpServer）监听端口，当客户端连接时，创建MyTcpSocket处理该连接，并将其托管给线程池。

通信流程

1. 客户端通过sendMsg方法发送PDU格式的数据；

2. 服务器通过recvMsg接收数据，解析PDU后调用对应处理函数（如登录请求由MsgHandler::login处理）；

3. 服务器处理完成后，通过resend方法返回响应或转发消息给目标客户端。

 //代码示例//客户端连接服务器（client.cpp）：m_tcpSocket.connectToHost(QHostAddress(m_strIP), m_usPort);//服务器监听连接（mytcpserver.cpp）：MyTcpServer::getInstance().listen(QHostAddress(m_strIP), m_usPort);

2. 单例模式

应用场景

项目中Client、Server、Index等类均采用单例模式，确保全局唯一实例。

为什么使用

全局资源共享：如客户端的TCP连接、服务器的线程池，需全局唯一实例统一管理。

简化接口：避免频繁传递对象指针，直接通过getInstance()访问。

控制资源创建：防止重复创建资源（如数据库连接、网络 socket）。

线程安全性

· 采用static局部变量实现单例（C++11后静态变量初始化线程安全）：

Client& Client::getInstance() {static Client instance;return instance;}

3. 设计模式扩展

（1）观察者模式

· 应用：Qt的信号槽（signal/slot）机制是观察者模式的典型实现。例如，客户端上传文件时，Uploader通过sendPDU信号通知Client发送数据，Client作为观察者响应信号。

// 代码示例
// 连接信号与槽（观察者模式：Uploader为被观察者，Client为观察者）
connect(uploader, &Uploader::sendPDU, this, &Client::sendMsg);

（2）工厂模式

应用：mkPDU函数（protocol.cpp）用于创建不同类型的PDU对象，根据消息类型（uiMsgType）和长度动态生成实例，隐藏对象创建细节。

//代码示例：PDU* mkPDU(uint uiMsgType, uint uiMsgLen) {uint uiPDULen = uiMsgLen + sizeof(PDU);PDU* pdu = (PDU*)malloc(uiPDULen);memset(pdu, 0, uiPDULen);pdu·>uiMsgType = uiMsgType; pdu·>uiPDULen = uiPDULen;pdu·>uiMsgLen = uiMsgLen;return pdu;}

4. 协议设计（PDU）

//结构定义
struct PDU {uint uiPDULen;    // 整个PDU长度（含头部）uint uiMsgLen;    // 消息体（caMsg）长度uint uiMsgType;   // 消息类型（如登录请求、聊天消息）char caData[64];  // 固定长度数据（如用户名、文件名）char caMsg[];     // 柔性数组，存储变长消息（如聊天内容、文件路径）
};

核心技术

柔性数组：caMs作为柔性数组，动态分配内存存储变长数据（如文件内容、长文本），节省空间。

解决粘包/半包：

· 发送端：通过uiPDULen标识整个PDU的长度；

· 接收端：在recvMsg中缓存数据，循环判断缓存长度是否大于等于uiPDULen，若满足则提取完整PDU，否则继续等待。

5. 数据库表设计

（1）用户表（user_info）

（2）好友关系表（friend）

通过user_info存储用户基本信息，online字段用于快速获取在线用户列表；

通过friend表记录双向好友关系（如user_id=1与friend_id=2表示1和2互为好友）。

6. 函数和类的封装

封装原则

单一职责：每个类专注于特定功能（如File类处理文件操作，Friend类处理好友管理）。

接口抽象：通过类的成员函数暴露功能，隐藏实现细节（如Client::sendMsg封装TCP发送逻辑）。

//File类封装文件操作：// file.hclass File : public QWidget {Q_OBJECTpublic:void flushFile(); // 刷新文件列表void uploadFile(); // 上传文件private:QString m_strCurPath; // 当前路径（私有，仅内部访问）};

7. 多线程上传

实现逻辑

客户端通过Uploader类在独立线程中执行文件上传，避免阻塞UI线程。

分块读取文件（每块4096字节），通过信号槽将PDU发送给Client类，由其通过TCP发送。

// uploader.cpp
void Uploader::uploadFile() {QFile file(m_strUploadFilePath);file.open(QIODevice::ReadOnly);while (true) {PDU* datapdu = mkPDU(ENUM_MSG_TYPE_UPLOAD_FILE_DATA_REQUEST, 4096);qint64 ret = file.read(datapdu·>caMsg, 4096); // 分块读取if (ret <= 0) break;datapdu·>uiMsgLen = ret;emit sendPDU(datapdu); // 发送数据块}
}

线程管理

· 通过QThread创建上传线程，上传完成后自动销毁线程：

// uploader.cppvoid Uploader::start() {QThread* thread = new QThread;this·>moveToThread(thread);connect(thread, &QThread::started, this, &Uploader::uploadFile);connect(this, &Uploader::finished, thread, &QThread::quit);thread·>start();}

8. 服务器线程池

作用

减少线程创建与销毁的开销：通过”QThreadPool”复用线程，处理多个客户端连接。

控制并发数：避免线程过多导致的资源竞争，提高系统稳定性

线程数量设计

项目中线程池最大线程数设为8（MyTcpServer::MyTcpServer()中threadPool.setMaxThreadCount(8)）。

设计依据：线程数通常设置为CPU核心数的1~2倍，兼顾并发能力与资源消耗（8核CPU环境下合理）。

// mytcpserver.cpp 中处理新连接
void MyTcpServer::incomingConnection(qintptr handle) {MyTcpSocket* socket = new MyTcpSocket;socket·>setSocketDescriptor(handle);ClientTask* task = new ClientTask(socket); // 任务封装threadPool.start(task); // 线程池执行任务
}