基于P2P的局域網(wǎng)多線程共享軟件設(shè)計論文
1 系統(tǒng)概述
本系統(tǒng)的主要功能其一，局域網(wǎng)下的文件P2P共享，這里包括文件的傳輸和文件列表的傳輸;其二，局域網(wǎng)下用戶的P2P心跳檢測。系統(tǒng)的特點是多線程多任務(wù)同步。
2 設(shè)計思想
下面將從兩個大模塊來介紹設(shè)計思路，首先是文件的收發(fā)，然后是文件列表的收發(fā)和心跳模塊，如圖1所示。
2.1 文件收發(fā)模塊
文件的收發(fā)是resource-shaie最基本的功能，也是最核心的功能。
2.1.1 有關(guān)文件收發(fā)的Socket的分類
因為這里采用的是TCP協(xié)議，所以在程序中，大體上存在于3組Socket，與文件收發(fā)有關(guān)，一組Socket是welcomesocket，用于監(jiān)聽連接的到來，并Accept;另一組Socket，是數(shù)據(jù)傳輸?shù)腟ocket，來自于welcomesocket的accept()，用于send文件數(shù)據(jù)給對等方，姑且稱作sendsocket;最后一組Socket也是數(shù)據(jù)傳輸?shù)膕ocket，通過connect()對等方的welcomesocket得到，與上面那個sendsocket是直接相連的，只是因為所面對的對象不同，對于當(dāng)前對等方，因為這個Socket的用于recover文件，姑且稱作recvsocket。
可以這樣理解，對于一個對等方來說，sendsocket就只send()，recvsocket就只recover ()。之所以這樣分開，是為了方便管理，降低耦合度，使得兩個對等方之間的所直接相連的一對sendsocket和recvsocket在一個文件任務(wù)中維系關(guān)系，也就是說，一對socket，在同一時間只共同執(zhí)行一個任務(wù)，一邊是發(fā)和一邊是收。然而，如果全在一個Socket中send和recv，就會變得很亂，一個socket就可能牽連多個任務(wù)，一個socket出了問題，可能幾個任務(wù)的收發(fā)都會失敗。
下面舉一個例子來具體說明為什么要這樣分類。
假使現(xiàn)在有兩個人，hana和alice。考慮hana從alice下載一個文件的情況，在不考慮上傳操作的時候，hana是主動的，alice是下載方，所以首先hana會connectalice的welcomesocket，而對于alice而言，她的welcomesocket一直在等待hana的接入，hana—旦發(fā)起連接她就會accept。接著，hana通過connect得到的socket就是所謂的recvsocket，而這個socket相對于alice，就是alice的sendsocket，她將從這個socket里接收數(shù)據(jù)，但是目前還不行，因為alice并不知道hana的要求是什么，所以這里需要向alice發(fā)送一個請求，同樣是通過recvsocket。對于alice而言，假使已經(jīng)從welcome socket accept到了一個sendsocket，那么首先要獲取請求，她需要先對sendsocket執(zhí)行一次recv請求的操作。
到這里，請求完成了，接下來，hana的recvsocket就不斷接收文件數(shù)據(jù)，alice的sendsocket不斷發(fā)送文件數(shù)據(jù)。反過來，假使alice想從hana那里下載東西，因為二人都有上述3組Socket，所以很容易實現(xiàn)。實際上，想實現(xiàn)上傳功能也可以用完全一樣的邏輯體系，只需要從后者發(fā)送一個特殊指令，使得前者發(fā)送一個下載請求給后者即可，如圖2所示。
2.1.2 文件請求的監(jiān)聽和連接
上面討論的是純粹的傳輸一個文件的情況，下面內(nèi)容逐漸復(fù)雜。
還是上面的例子，假設(shè)現(xiàn)在需要支持多任務(wù)的模式，也就是說，alice不僅僅要向hana—個人發(fā)送一個文件，而是將會向很多人發(fā)送文件，并且對于每個人，還不只是一個文件。
那么，alice可以開多個welcomesocket去listen，每一個welcomesocket監(jiān)聽n個用戶，接著通過accept返回每一個文件的sendsocket，這樣一來，就等于說和每一個終端都建立起了多個傳送通道，每個傳送通道傳送一個文件，也就是一個任務(wù)。
現(xiàn)在問題是到底需要幾個這樣的welcomesocket?當(dāng)然，可以只開一個welcome，全靠一個welcomesocket監(jiān)聽(用戶數(shù)量)*(每個用戶的文件請求數(shù)量)數(shù)量的請求。但在實際設(shè)計中，使用了多個端口創(chuàng)建了多個welcomesocket，讓每一個welcomesocket對于每一個訪問他的終端而言，在單個任務(wù)執(zhí)行的過程中，只能有一個文件的請求。這樣一來，每一個welcomesocket的最大并發(fā)連接數(shù)就一定是用戶的總數(shù)量，而welcomesocket的數(shù)量就是由alice能夠同時向一個終端send幾個文件決定的。
也就是說，hana在前一個下載任務(wù)執(zhí)行完關(guān)閉recvsocket以前，不能向同一個welcomesocket再一次發(fā)起connect，(當(dāng)然因為welcomesocket的實體是在alice那邊，所以hana在這里，實際上禁用了對于此welcomesocket的connect操作)這樣做的目的是為了限制對于同一個用戶的最大下載量。
所以，對于hana來說，假如她要從alice或者其他人那里下載多個文件，這就要求hana去connect那些用戶的多個welcomesocket，在connect中傳入的地址可能包涵每一個對象的IP和每一個傳輸port，所以hana的recvsocket最多可以和ip_num*port_num個數(shù)的sendsocket建立連接。(ip_num代表傳送端數(shù)量，一個ip—臺用戶，port_num代表在一個ip下對于單用戶支持的最大傳輸任務(wù)數(shù)量，那么，對于alice而言，
她最多同樣可以同時傳輸ip_num*port_num個任務(wù))而在每一次任務(wù)完成之后，hana都會關(guān)閉掉那個任務(wù)的recvsocket，并且將這個任務(wù)所對應(yīng)的welcomesocket的禁用狀態(tài)解除;與之對應(yīng)的，alice在傳送完之后，也會將sendsocket關(guān)閉。
通過圖3來看這種情況，假使這次alice不僅要給hana發(fā)送文件，還要給自己的母親發(fā)送文件，對于hana或者alice的母親而言，最多同時從alice這里下載3個文件。
2.2 文件列表收發(fā)和心跳模塊
2.2.1 動態(tài)心跳檢測
前面說了P2P的文件傳輸機制，還講了多任務(wù)多用戶的情況，現(xiàn)在來說一下這個系統(tǒng)中的另一個很重要的機制，心跳機制。通過發(fā)送心跳信息和接收心跳，用來感知在局域網(wǎng)中，有哪些對等方是存在的，雙方的心跳包中有少量的數(shù)據(jù)，一般而言包含用戶的信息，比如用戶名，終端系統(tǒng)信息之類的。只有知道哪些對等方式存在的，才能進(jìn)一步的保存這些對等文件通信中的有用信息，(可能包括這個用戶的文件列表，這個用戶的各個welcomesocket的地址，等)，最后根據(jù)這些信息才能真正地實現(xiàn)文件通信。
還是上面的那個例子，考慮了這樣情況，hana先上線了，過了一段時間alice才上線。那么在alice上線的那一瞬間，如何使得兩人都知道對方上線了呢，準(zhǔn)確地說，是通過P2P軟件上線。這就好比兩臺機器都上了網(wǎng)，并且都登上了QQ，但QQ判斷是否上線，僅僅是有沒有在QQ上線，而不是在SKYPE上線了，所以我們應(yīng)該有一套自己的機制，這就是要介紹的心跳機制。
在這里，機制是這樣實現(xiàn)的：不管對于hana或者alice，她們在上線的時候首先都會進(jìn)行廣播式的連接嘗試，廣播對象是子網(wǎng)網(wǎng)段下所有的IP地址。其次，她們還會單獨為心跳建立一個welcomesocket，開一個監(jiān)聽的線程專門用于監(jiān)聽新上線用戶的connect請求。在這里，判斷是否在線的邏輯是 “收到某人的心跳包，就表示某人目前在線”。
在結(jié)合例子講解之前，先討論心跳機制中的socket分類。心跳的welcomesocket和文件傳輸?shù)哪莻�welcomesocket沒有什么性質(zhì)上的區(qū)別，無非就是擁有自己獨特的端口號而已。但是，心跳的收發(fā)是沒有sendsocket和recvsocket的這種概念的，只有一個heartsocket，這個socket是一個專門用于心跳收發(fā)的長連接socket，他一直存在，不會被close的.，所以會被長期保存，這里要和之前說的用于文件傳輸?shù)膕endsocket和recvsocket區(qū)分，他們有很大的差異，首先，文件傳輸?shù)膕end和recvsocket是不會長期保存的，一般只是一些函數(shù)中的局部變量，因為他經(jīng)常改變，他傳完一個任務(wù)就關(guān)閉了，下一次又重新生成，所以文件傳輸中這些收發(fā)socket屬于短鏈接的socket，其次，在heartsocket中，發(fā)送和接收都是通過這一個socket。
舉—個例子，假設(shè)hana首先上線，她先開啟了心跳wel-comesocket的監(jiān)聽，這時候，alice并沒有上線，所以有反饋，并且hana對子網(wǎng)內(nèi)中所有ip的connect的嘗試也都失敗了。在這之后，alice上線了，首先alice的廣播式connect嘗試，成功激活了hana的welcomesocket的循環(huán)accept，成功連接之后，alice通過return的heartsocket，向hana發(fā)送一個心跳包，hana在accept之后會立馬recv這個心跳包，hana接收到心跳包之后，就認(rèn)為alice目前處于在線了，他也可以通過心跳包里的信息知道來自于這個ip的人的名字叫alice，接著她要做的是就是把這個heartsocket保存好，準(zhǔn)備下一次收發(fā)心跳包。那么流程到此，hana已經(jīng)知道alice的存在了，但是alice卻還并不知道hana的存在，因為她還沒有接受到hana的心跳包。所以，hana在接收到alice的心跳包之后，保存了相關(guān)信息后，她還會通過這個heartsocket發(fā)送一個心跳包給alice，而對于alice而言，在她發(fā)送完心跳包之后，她會馬上recv對方的心跳包，這樣一來，就使得alice也知道了hana的存在了。
在相互都知道對方的存在之后，大家通過這同一個heartsocket相互發(fā)送和接收心跳包了，每接收一個心跳包就代表目前對方是存在的，一旦接受超時，那么就代表對方下線了，這樣就可以動態(tài)監(jiān)測對方是否已經(jīng)下線，如圖4所示。
2.2.2 文件列表的收發(fā)
下面來討論文件列表的收發(fā)。這個可以和之前的文件收發(fā)關(guān)聯(lián)起來，因為文件列表在一般情況下是不會有變動的，故而沒有必要一直重復(fù)接受對方的文件列表，僅僅是在第一次的時候和用戶自己認(rèn)為需要更新的時候再去接收新的文件列表。所以，可以知道的是，文件列表的socket也是一種短連接的socket，用完了關(guān)閉就行了，需要的時候再connect對方的welcomesocket。
同樣，文件列表的傳輸是雙向的，所以在設(shè)計中，基本上和之前說到的文件傳輸機制如出一轍，也是3個socket，welcomesocket，recvsocket，sendsocket。只不過，請求文件列表的那個人不需要發(fā)送那個所謂“文件請求”而已，connect之后，直接從recvsocket中接收就可以了。
3 類設(shè)計思想
由于篇幅有限，只能做一下思想的概述。根據(jù)需求，類設(shè)計包括：user，myself_user，task，task_manager。結(jié)合面向?qū)ο蟮乃枷�，其中有兩種類別，一種跟“用戶”有關(guān)，另一種跟“任務(wù)”有關(guān)。
在設(shè)計中，何為“用戶”，何為“任務(wù)”?具體概念，必須先弄清楚。用戶這個對象，指的是局域網(wǎng)中的對等方，也就是P2P中的peer，可以是自己的電腦，也可以是別人的電腦，這里還有一個myself_user的類，這個對象指的是本機用戶，并且是user的子類。任務(wù)則是指，對于自己電腦而言，每一個下載任務(wù)的實例，也就是說，你每一次向別的對等方請求一個文件，都會產(chǎn)生一個下載任務(wù)。
3.1 用戶有關(guān)類
User：用戶類的主要職能是保存peer的信息，包括ip、名字、welcomesocket的地址、heartsocket等。
Myself_user：作為user的子類，除了保存了普通用戶應(yīng)有的信息之外，還要保存一些自身獨有的信息，以及為其他peer提供一些服務(wù)，包括有文件列表的傳輸服務(wù)，文件的傳輸服務(wù)。
世界就是圖5這樣的，進(jìn)來的箭頭表示請求，從自己出去的箭頭表示反饋(也可以稱作“提供”)
user_manager：這個類字面上就可以理解是用戶管理器，主要職能就是動態(tài)監(jiān)測用戶狀態(tài)。通過收發(fā)心跳包的手段來嗅探用戶狀態(tài)，然后更新用戶管理器中的用戶組，將不存在的刪除，新上線的添加。除此之外，他也和myself_user是相輔相成的，他初始化myself_user，并開啟myself_user的服務(wù)。所以在實際應(yīng)用的時候，只需初始化user_manager，他就可以自己去初始化myself_user了。除此之外，文件列表的請求實際上也是從user_manager這里發(fā)送出去的，并且它也負(fù)責(zé)接受文件列表并更新某個user中所保存的文件列表。
3.2 任務(wù)有關(guān)類
Task：這個類代表了一個下載的任務(wù)信息的對象，包括任務(wù)名、對象ip、大小、已完成%，等。值得注意的是，它不僅能保存信息，真正的下載也要負(fù)責(zé)執(zhí)行。從發(fā)送請求到接受文件，這些工作，一旦你run了這個任務(wù)，就會開始執(zhí)行。
Task_manager：任務(wù)管理器類，它主要就是像用戶管理器那樣動態(tài)監(jiān)測其中成員的狀態(tài)，其中有3個集合，running中的任務(wù)、success的任務(wù)、error的任務(wù)。主要職能是根據(jù)實時
4 結(jié)語
從展示的可執(zhí)行的程序的截圖，程序在VS2013中調(diào)試沒有問題，也生成了release版本，界面是用coco2dx寫的，主要是考慮到可移植性，
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