自己动手完成一款简易P2P共享文件软件的制作(一)

文章目录

1. 前言
2. 系统总体框架
3. 服务器设计

本文实验测试部分可参考基于QT的一款P2P共享文件系统
源码包下载地址基于QT的一款P2P共享文件系统下载，想要免费获取可以私信我
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1. 前言

文章讲述一款简单P2P共享文件软件的制作，设计环境是mysql、windows与QT5.5。要实现的功能包括用户的注册与登录，用户共享文件的上传、删除与下载。同时也具有精确搜索的功能，用户可以通过搜索结果确定要下载的文件。本文会通过服务器的设计、客户端的设计以及服务端客户端通信协议三个方面进行详细的介绍。本人知识有限，文中可能会有一些纰漏，欢迎留言指正，如有疑问也欢迎留言。

2. 系统总体框架

在本文中，我们设计一款P2P共享文件系统，其P2P网络仿照类似Napster的中心化网络，如下图所示：

图中，5个客户机与一个服务器连接构成P2P网络，服务器中存放有所有客户机上传的共享文件的meta信息（包括文件的拥有者、文件名、文件在主机中的绝对路径、IP地址、下载端口号、文件大小、文件拥有者主机状态）。橙色线描述出客户机与服务器和客户机之间的互动，客户机1正在共享一个文件并上传其meta信息；客户机2向服务器发起查询，并提交了要查询文件的meta信息，然后服务器返回了查询结果，客户机2利用查询结果找到了文件的位置，并向客户机3发起下载请求，最后，客户机3接受了下载请求并开始传输文件。

3. 服务器设计

服务端要实现的功能主要是meta数据的管理，因此其界面不需要设计的有多复杂。服务器效果图如下：

界面主要包含四个部分，左上角空白区域用于显示消息，端口左边的输入框用于输入服务器的端口，左下角是一个服务器启动按钮，右边用于刷新当前在线用户，需要添加的代码如下：
建立tcp_server.h，添加如下代码

#ifndef TCP_SERVER_H
#define TCP_SERVER_H#include <QMainWindow>
#include <QWidget>
#include <QListWidget>
#include <QLabel>
#include <QLineEdit>
#include <QPushButton>
#include <QGridLayout>
#include <QTreeWidgetItem>
#include <QString>class MainWindow : public QMainWindow
{Q_OBJECTpublic:MainWindow(QWidget *parent = 0);~MainWindow();private:QWidget *myWidget;QListWidget *ContentListWidget;QLabel *PortLabel;QLineEdit *PortLineEdit;QPushButton *CreateBtn;QTreeWidget *resourceTree;QGridLayout *mainLayout;int port;};#endif // TCP_SERVER_H

建立tcp_server.cpp文件，添加如下代码：

#include "tcp_server.h"
#include <QMessageBox>MainWindow::MainWindow(QWidget *parent): QMainWindow(parent)
{setWindowTitle("P2P Server");ContentListWidget = new QListWidget;myWidget = new QWidget;PortLabel = new QLabel("端口:");PortLineEdit = new QLineEdit;CreateBtn = new QPushButton("打开服务器");resourceTree = new QTreeWidget();resourceTree->setHeaderLabel("在线用户");resourceTree->clear();mainLayout = new QGridLayout();mainLayout->addWidget(ContentListWidget,0,0,1,2);mainLayout->addWidget(PortLabel,1,0);mainLayout->addWidget(PortLineEdit,1,1);mainLayout->addWidget(CreateBtn,2,0,1,2);mainLayout->addWidget(resourceTree,0,2,3,1);myWidget->setLayout(mainLayout);setCentralWidget(myWidget);port = 8010;PortLineEdit->setText(QString::number(port));}MainWindow::~MainWindow()
{delete PortLabel;delete PortLineEdit;delete CreateBtn;delete ContentListWidget;resourceTree->clear();delete resourceTree;delete mainLayout;delete myWidget;
}

为了能够实现不同主机之间的通信，我们使用了tcp可靠传输协议。在服务器这边，我们需要实现一个服务器实例，用于监听保存相应的tcp连接以及完成客户端的相应请求。tcp服务器代码如下：
建立tcp_socket_client.h，添加如下代码：

#ifndef TCP_CLIENT_SOCKET
#define TCP_CLIENT_SOCKET#include <QTcpSocket>
#include <QObject>
#include <QString>class Tcp_Client_Socket : public QTcpSocket
{Q_OBJECT
public:Tcp_Client_Socket(QObject *parent = 0);~Tcp_Client_Socket();
signals:void Disconnected(int);
protected slots:void DataReceived();void slotDisconnected();
};#endif // TCP_CLIENT_SOCKET

建立tcp_socket_client.cpp文件，添加如下代码：

#include "tcp_client_socket.h"
#include <QByteArray>Tcp_Client_Socket::Tcp_Client_Socket(QObject *parent):QTcpSocket(parent)
{connect(this,SIGNAL(readyRead()),this,SLOT(DataReceived()));connect(this,SIGNAL(disconnected()),this,SLOT(slotDisconnected()));
}void Tcp_Client_Socket::DataReceived(){if(bytesAvailable() > 0) {//tcp连接有数据过来，需要做相应处理}
}//发送断开连接信号
void Tcp_Client_Socket::slotDisconnected(){emit Disconnected(this->socketDescriptor());
}Tcp_Client_Socket::~Tcp_Client_Socket(){}

建立server.h，添加如下代码：

#ifndef SERVER
#define SERVER#include <QTcpServer>
#include <QObject>
#include <QList>
#include <QString>
#include <QPair>#include "tcp_client_socket.h"
#include "tcp_meta.h"//元数据类class Server : public QTcpServer
{Q_OBJECT
public:Server(QObject *parent = 0, int port = 0);~Server();QList<QPair<Tcp_Client_Socket*, QString> > tcp_client_socket_list;//用于保存tcp连接enum MsgKind{UpdateName = 0,UPDATEMETA = 1,UpdateMsg = 2,RemoveName = 3,};signals:void UpdateServer(QString, int, Server::MsgKind);
private slots:QTcpSocket* find_socket(QString);void slotDisconnected(int);
protected:void incomingConnection(int socketDescriptor);};#endif // SERVER

建立server.cpp文件，添加如下代码：

#include "server.h"
#include <QPair>Server::Server(QObject *parent, int port):QTcpServer(parent)
{listen(QHostAddress::Any, port);
}QTcpSocket* Server::find_socket(QString username){int i = 0;for(i = 0; i < tcp_client_socket_list.count(); ++i){if(tcp_client_socket_list.at(i).second == username){return tcp_client_socket_list.at(i).first;}}return NULL;
}void Server::incomingConnection(int socketDescriptor){Tcp_Client_Socket *tcp_client_socket = new Tcp_Client_Socket(this);connect(tcp_client_socket,SIGNAL(Disconnected(int)),this,SLOT(slotDisconnected(int)));tcp_client_socket->setSocketDescriptor(socketDescriptor);QString name = "Unknown";QPair<Tcp_Client_Socket*, QString> pair(tcp_client_socket, name);tcp_client_socket_list.append(pair);
}void Server::slotDisconnected(int descriptor){int i = 0;for(i = 0; i < tcp_client_socket_list.count(); ++i){QTcpSocket *item = tcp_client_socket_list.at(i).first;if(item->socketDescriptor() == descriptor){if(tcp_client_socket_list.at(i).second != "Unknown")emit UpdateServer("", i, RemoveName);tcp_client_socket_list.removeAt(i);break;}}
}Server::~Server(){for(int i = 0; i < tcp_client_socket_list.count(); ++i){delete tcp_client_socket_list.at(i).first;}
}

我们为打开服务器按钮连接一个槽函数，用于实例化服务器，并且连接数据库用于增删改查meta元数据。相应文件需要包含QSqlDatabase与QSqlQuery两个头文件。
在tcp_server.h文件中添加如下代码：

#include "server.h"
...
public slots:void slotCreateServer();//打开服务器void UpdateServer(QString, int, Server::MsgKind);//更新服务器在线用户的显示列表private:...Server *server;//服务器...

在tcp_server.cpp中添加如下代码：

#include <QSqlDatabase>
#include <QSqlQuery>MainWindow::MainWindow(QWidget *parent): QMainWindow(parent)
{...//将按钮点击事件与实例化服务器函数绑定connect(CreateBtn,SIGNAL(clicked()),this,SLOT(slotCreateServer()));server = 0;
}void MainWindow::slotCreateServer(){//实例化服务器server = new Server(this, port);server->db = QSqlDatabase::addDatabase("QMYSQL");server->db.setHostName("localhost");server->db.setDatabaseName("ShareFile");server->db.setUserName("root");server->db.setPassword("root");//连接数据库if (!server->db.open()) {QMessageBox::critical(0, QObject::tr("无法打开数据库"),"无法创建数据库连接！ ", QMessageBox::Cancel);return;}//将来自server的updateserver信号与UpdateServer函数绑定    connect(server,SIGNAL(UpdateServer(QString,int,Server::MsgKind)),this,SLOT(UpdateServer(QString,int,Server::MsgKind)));CreateBtn->setEnabled(false);
}void MainWindow::UpdateServer(QString msg, int length, Server::MsgKind flag){switch (flag) {//普通消息，直接显示到content list组件中case Server::UpdateMsg:{ContentListWidget->addItem(msg.left(length));break;}//更新元数据消息case Server::UPDATEMETA:{ContentListWidget->addItem(msg + ": update meta");break;}//更新在线用户，将上线的用户显示到tree组件上case Server::UpdateName:{QTreeWidgetItem *item_name = new QTreeWidgetItem(resourceTree);item_name->setText(0,msg);break;}//用户离线消息，更新tree组件，删除相应的在线用户case Server::RemoveName:{QPoint p(length,0);resourceTree->removeItemWidget(resourceTree->itemAt(p),0);delete resourceTree->itemAt(p);break;}}
}MainWindow::~MainWindow()
{...//删除服务器，关闭数据库连接if(server != 0){server->db.close();delete server;}
}

到这，服务器的基本框架已经搭建完成，接着需要添加一些功能，例如数据库的增删改查。
先在server.h文件中添加功能函数的声明：

#include <QSqlDatabase>
#include <QSqlQuery>
#include "tcp_meta.h"//元数据类文件声明class Server : public QTcpServer
{...QSqlDatabase db;//建立连接的数据库...
signals:void UpdateServer(QString, int, Server::MsgKind);
private slots:...void UpdateClients(QString, int);void UpdateUserName(QString);void UpdateUserInfo(QString);void UpdateMeta(QString);void ReturnMeta(QString);void DeleteMeta(QString);void SearchMeta(QString);...
};

在server.cpp文件中添加广播消息功能函数：

void Server::UpdateClients(QString msg, int length){//发送信号，使得服务器界面中可以显示更新消息emit UpdateServer(msg, length, UpdateMsg);//遍历所有保存的tcp连接，发送消息for(int i = 0; i < tcp_client_socket_list.count(); ++i){QTcpSocket *item = tcp_client_socket_list.at(i).first;format_packet fmsg(msg, OTHERKIND);//将消息打包if(item->write(fmsg.fmpak.toLatin1(),length + 8) != length){ //发送消息continue;}}
}

format_packet是我们自定义的一个包装类，之后会讲到，接下来添加检测登陆信息的函数：

void Server::UpdateUserName(QString msg){int i = 0;int pos = i;//登陆信息的格式为"username;password;"//解析消息msgwhile(msg.at(i++) != ';');QString username = msg.mid(pos, i - 1);pos = i;while(msg.at(i++) != ';');QString password = msg.mid(pos, i - pos - 1);//实例化queryQSqlQuery query(db);//默认用户登陆时的tcp连接为最新一次建立的tcp连接（为了简单，但可能存在bug）QTcpSocket *item = tcp_client_socket_list.last().first;//从login表中根据用户名查找相应的用户的信息query.exec("select * from login where Username='" + username + "'");if(!query.next()){msg = "Server: login error, unknown user name.";format_packet fmsg(msg, ERRDCKIND);//通知对应用户登陆失败，没有此用户item->write(fmsg.fmpak.toLatin1(),fmsg.fmpak.length());}else{//密码错误，通知用户if(query.value(2).toString() != password){msg = "Server: login error, password is wrong.";format_packet fmsg(msg, ERRDCKIND);item->write(fmsg.fmpak.toLatin1(),fmsg.fmpak.length());}//为最新建立的tcp连接设置用户名用于辨认else{tcp_client_socket_list.last().second = username;//发送信号，更新在线用户列表emit UpdateServer(username, username.length(), UpdateName);}}
}

其次，我们添加注册功能函数：

void Server::UpdateUserInfo(QString msg){int i = 0;int pos = i;//解析注册信息字符串，格式与登陆一样while(msg.at(i++) != ';');QString username = msg.mid(pos, i - 1);pos = i;while(msg.at(i++) != ';');QString password = msg.mid(pos, i - pos - 1);QSqlQuery query(db);QTcpSocket *item = tcp_client_socket_list.last().first;//在login表中查找用户名query.exec("select * from login where Username='" + username + "'");//存在此用户，通知注册失败if(query.next()){msg = "Server: sign error, user name exists.";format_packet fmsg(msg, SIGNFAILKIND);item->write(fmsg.fmpak.toLatin1(),fmsg.fmpak.length());}//更新login表，插入一条数据//插入失败，通知注册失败else{if(!query.exec("insert into login values(0, '" + username +"', '" + password + "')")){msg = "Server: sign error";format_packet fmsg(msg, SIGNFAILKIND);item->write(fmsg.fmpak.toLatin1(),fmsg.fmpak.length());}//插入成功，通知注册成功else {msg = "Server: sign success";format_packet fmsg(msg, SIGNSCKIND);item->write(fmsg.fmpak.toLatin1(),fmsg.fmpak.length());}}
}

添加“增加共享文件”功能函数：

void Server::UpdateMeta(QString mt){QSqlQuery query(db);tcp_meta mt_t(mt);//元数据类//插入数据到resource表中QString query_str = "insert into Resource values(0, ";query_str = query_str + "'" + mt_t.filename + "', ";query_str = query_str + QString::number(mt_t.size) + ", ";query_str = query_str + "'" + mt_t.filepath + "', ";query_str = query_str + "'" + mt_t.owner + "', ";query_str = query_str + "'" + mt_t.ip + "', ";query_str = query_str + QString::number(mt_t.port) + ")";//插入一条元数据记录，也就是在服务器中添加了一个共享文件query.exec(query_str);
}

tcp_meta是我们设计用于表示共享文件元数据的类，之后我们会讲到。添加“删除共享文件”功能函数：

void Server::DeleteMeta(QString msg){int i = 0;int pos = i;QSqlQuery query(db);//删除文件信息格式为"username;filename;...;filename;"while(msg.at(i++) != ';');QString username = msg.mid(pos, i - 1);for(pos = i; i < msg.length(); ++i){if(msg.at(i) == ';'){QString filename = msg.mid(pos, i - pos);//删除对应记录query.exec("delete from Resource where FileName='" + filename+ "' AND Owner='" + username + "'");pos = i + 1;}}
}

用户通过发送“username;filename”可以接收到以filename命名的所有共享文件元数据信息。添加“搜索共享文件”功能函数：

void Server::SearchMeta(QString msg){int i = 0;int pos = i;//解析msg字符串while(msg.at(i++) != ';');QString username = msg.mid(pos, i - 1);pos = i;while(msg.at(i++) != ';');QString filename = msg.mid(pos, i - pos - 1);bool flag = false;//查找成功标志QSqlQuery query(db);QTcpSocket *item = find_socket(username);//找到username用户的socket连接//查找失败退出函数if(item == NULL){return;}//查找以filename命名的所有元数据query.exec("select * from Resource where FileName='" + filename + "'");//依次发送给username用户while(query.next()){tcp_meta mt;//元数据类mt.filename = query.value(1).toString();mt.size = query.value(2).toString().toLong();mt.filepath = query.value(3).toString();mt.owner = query.value(4).toString();mt.ip = query.value(5).toString();mt.port = query.value(6).toString().toLong();//若不存在mt.owner用户的socket连接，说明对方不在线if(find_socket(mt.owner) != NULL){mt.online = "on";}else{mt.online = "off";}QString msg = mt.toString();format_packet fmsg(msg, SRHKIND);//发送元数据信息while(item->write(fmsg.fmpak.toLatin1(),msg.length() + 8) != msg.length() + 8);//设置flagflag = true;}//若查找失败，发送空字符串if(flag == false){QString msg = "";format_packet fmsg(msg, SRHKIND);while(item->write(fmsg.fmpak.toLatin1(),msg.length() + 8) != msg.length() + 8);}
}

最后，添加获取自己所有共享文件信息的函数：

void Server::ReturnMeta(QString username){bool flag = false;QSqlQuery query(db);QTcpSocket *item = find_socket(username);if(item == NULL){return;}//查找所有owner为username的共享文件元数据query.exec("select * from Resource where Owner='" + username + "'");//将其依次发送给username用户while(query.next()){tcp_meta mt;mt.filename = query.value(1).toString();mt.size = query.value(2).toString().toLong();mt.filepath = query.value(3).toString();mt.owner = query.value(4).toString();mt.ip = query.value(5).toString();mt.port = query.value(6).toString().toLong();QString msg = mt.toString();format_packet fmsg(msg, RESKIND);while(item->write(fmsg.fmpak.toLatin1(),msg.length() + 8) != msg.length() + 8);flag = true;}//若查找失败或不存在相应文件发送空字符串if(flag == false){QString msg = "";format_packet fmsg(msg, RESKIND);while(item->write(fmsg.fmpak.toLatin1(),msg.length() + 8) != msg.length() + 8);}
}

至此，我们服务器这边的功能算是都设计好了。接下来，我们要做的是如何在服务器中调用这些函数。前面已经提到，我们为服务器与客户机之间设计了通信协议，这些协议通俗来说就是一个有规律的字符串。在服务器向客户机发送消息或数据时，我们定义了一个format_packet类用于打包服务器向客户机发送的数据，同样地，在客户机向服务器发送数据时也会有相应的函数打包消息。所以，我们在接收到socket连接发送来的数据时，需要安装协议将其解析，并调用相应的功能函数完成客户机的需求。
我们将服务器对客户机消息的解析过程放在了tcp_client_socket.cpp文件中，因此我们需要添加相应的代码到tcp_client_socket.h文件与tcp_client_socket.cpp文件中：
tcp_client_socket.h：

class Tcp_Client_Socket : public QTcpSocket
{signals:...void UpdateClients(QString, int);void UpdateUserName(QString);void UpdateMeta(QString);void ReturnMeta(QString);void DeleteMeta(QString);void SearchMeta(QString);void UpdateUserInfo(QString);...
};

tcp_client_socket.cpp:

void Tcp_Client_Socket::DataReceived(){if(bytesAvailable() > 0) {char buf[1024];read(buf, 8);//解析头信息QString head = buf;long msglen = 0;QString kind;if(head == "error|||"){return;}else{msglen = head.mid(2,6).toLong();kind = head.mid(0,2);read(buf,msglen);//读具体消息内容buf[msglen] = 0;}QString msg = buf;//消息字符串//根据头信息中消息的kind种类，分别发送不同的信号if(kind == "NM"){ //name messsageQString logininfo = msg;emit UpdateUserName(logininfo);}else if(kind == "MM"){ //meta messageemit UpdateMeta(msg);}else if(kind == "SM"){ //return share file messageQString username = msg;emit ReturnMeta(username);}else if(kind == "DM"){ //delete share file messageemit DeleteMeta(msg);}else if(kind == "SR"){ //search share file messageemit SearchMeta(msg);}else if(kind == "DC"){ //disconnected message}else if(kind == "GM"){ //sign messageemit UpdateUserInfo(msg);}else if(kind == "OT"){ //normal messageemit UpdateClients(msg, msg.length());}}
}

通过上述代码，很明显我们使用信号与槽的方式调用这些功能函数，所以，我们还需要在tcp建立连接时将这些信号绑定到具体的槽中：
在server.cpp文件中修改incomingConnection函数：

void Server::incomingConnection(int socketDescriptor){Tcp_Client_Socket *tcp_client_socket = new Tcp_Client_Socket(this);connect(tcp_client_socket,SIGNAL(UpdateClients(QString,int)),this,SLOT(UpdateClients(QString,int)));connect(tcp_client_socket,SIGNAL(Disconnected(int)),this,SLOT(slotDisconnected(int)));connect(tcp_client_socket,SIGNAL(UpdateUserName(QString)),this,SLOT(UpdateUserName(QString)));connect(tcp_client_socket,SIGNAL(UpdateUserInfo(QString)),this,SLOT(UpdateUserInfo(QString)));connect(tcp_client_socket,SIGNAL(UpdateMeta(QString)),this,SLOT(UpdateMeta(QString)));connect(tcp_client_socket,SIGNAL(ReturnMeta(QString)),this,SLOT(ReturnMeta(QString)));connect(tcp_client_socket,SIGNAL(DeleteMeta(QString)),this,SLOT(DeleteMeta(QString)));connect(tcp_client_socket,SIGNAL(SearchMeta(QString)),this,SLOT(SearchMeta(QString)));tcp_client_socket->setSocketDescriptor(socketDescriptor);QString name = "Unknown";QPair<Tcp_Client_Socket*, QString> pair(tcp_client_socket, name);tcp_client_socket_list.append(pair);
}

除此之外，我们也给出format_packet类定义与实现：
新建format_packet.h文件，内容如下：

#ifndef FORMAT_PACKET
#define FORMAT_PACKET#include <QString>enum fkind{RESKIND = 0,//返回自己所有共享文件信息的消息SRHKIND = 1,//搜索结果消息ERRDCKIND = 2,//错误连接消息，一般表示登陆失败SIGNSCKIND = 3,//注册成功消息SIGNFAILKIND = 4,//注册失败消息OTHERKIND = 5,//普通消息
};struct format_packet{format_packet(QString &str, fkind);QString fmpak;
};#endif // FORMAT_PACKET

新建format_packet.cpp文件，内容如下：

#include "format_packet.h"format_packet::format_packet(QString &str, fkind kind){long len = str.length();QString s = QString::number(len);//字符串长度if(len > 100000){str = "error|||";//表示错误消息的头字符串return;}//要求长度字符传长度为6，不够补零for(int i = s.length(); i < 6; ++i){s = "0" + s;}switch (kind) {case RESKIND:fmpak = "RK" + s + str;break;case SRHKIND:fmpak = "SR" + s + str;break;case ERRDCKIND:fmpak = "EK" + s + str;break;case SIGNSCKIND:fmpak = "SS" + s + str;break;case SIGNFAILKIND:fmpak = "SF" + s + str;break;case OTHERKIND:fmpak = "OT" + s + str;break;}
}

对于通信这部分，我们在此只是简单提及设计，其具体内容之后我们还会提到。现在服务器的设计已经完成，下一步完成客户机的设计。

自己动手完成一款简易P2P共享文件软件的制作(二)