数据库综合实验

武汉工程大学

计算机科学与工程学院综合设计报告

设计名称：数据库系统综合设计

设计题目：Android手机即时聊天软件

学生学号：1105080130

专业班级：计工01班

学生姓名：肖经柱

学生成绩：

指导教师（职称）：刘黎志（副教授）

完成时间：2014-12-25

武汉工程大学计算机科学与工程学院制

说明：

1、报告中的第一、二、三项由指导教师在综合设计开始前填写并发给每个

学生；四、五两项（中英文摘要）由学生在完成综合设计后填写。

2、学生成绩由指导教师根据学生的设计情况给出各项分值及总评成绩。

3、指导教师评语一栏由指导教师就学生在整个综合设计期间的表现、设计

完成情况、报告的质量及答辩等方面，给出客观、全面的评价。

4、所有学生必须参加综合设计的答辩环节。凡不参加答辩者，其成绩一律

按不及格处理。答辩小组成员应由2人及以上教师组成。

5、报告正文字数一般应不少于5000字，也可由指导教师根据本门综合设

计的情况另行规定。

6、平时表现成绩低于6分的学生，其综合设计成绩按不及格处理。

7、此表格式为武汉工程大学计算机科学与工程学院提供的基本格式（适用

于学院各类综合设计），各教研室可根据本门综合设计的特点及内容做适当的调整，并上报学院批准。

答辩记录表

成绩评定表

学生姓名：肖经柱学号：1105080130 班级：计工01班

目录

摘要 ..........................................................II Abstract .........................................................III 第一章课题概述. (1)

1.1 课题背景 (1)

1.2 相关技术发展现状 (1)

第二章设计方案论述 (3)

2.1 客户端设计思路 (3)

2.2 服务端设计思路 (4)

第三章详细设计 (5)

3.1 客户端的详细设计 (5)

3.2 服务端的详细设计 (8)

第四章设计结果及分析 (10)

4.1 运行界面展示 (10)

4.2 程序功能测试 (12)

总结 (15)

致谢 (16)

参考文献 (17)

摘要

智能手机的普及带来通信的更加便利，生活中的人们频繁的使用手机的习惯使得即时聊天软件有了很大的市场，即时聊天的好处在于方便和快捷，能够实现实时响应以及能适应快节奏的现代生活。目前市场主流的手机操作系统为Android，它是Linux+Java 构成的开源软件。即时聊天软件采用客户端和服务端的C/S模式，依赖互联网的聊天软件依据TCP/IP协议和UDP协议两种方式实现客户端到客户端以及客户端到服务端的通信。客户端实现友好的用户界面，服务端处理客户端的请求并存储大量的用户数据。客户端的实现是基于JA V A语言的程序，页面设计采用ＸＭＬ文件，服务端舍弃了架构直接用JA V A语言实现简单的端口监听。实现一个具有即时发送消息，即时响应接收消息，存储消息的手机应用程序。文件的共享等功能只是拓展功能，该应用程序没有全部实现，完成了即时聊天软件的核心。

关键词：手机；聊天；即时；软件

Abstract

The popularity of smart mobile phone brings more convenient communication, people living in the frequent use of mobile phone habit makes instant chat software has great market, instant chat has the advantage of convenient and fast, modern life can achieve real-time response and can adapt the quick rhythm. At present, mobile phone operating system market for the mainstream Android, it is composed of Linux+Java open source software. Instant chat software uses client and server C / S mode, rely on Internet chat software based TCP / IP protocol and UDP protocol are two ways to achieve the client to client, client to server communication. The client to achieve a friendly user interface, the server process client requests and store a large amount of user data. The implementation of the client is a JA V A language based program, page design using XML file server abandoned architecture directly realize port monitoring simple JA V A language. To implement an instant messaging, instant response message is received, stored messages of mobile phone application program. The functions of sharing and file just expand the function, the application is not fully realized, completed the core instant chat software.

Keywords：cellphone；communicate；immediate；application

第一章课题概述

1.1 课题背景

随着移动通信的发展以及互联网向移动终端的普及，网络和用户对移动终端的要求越来越高，而Symbian，WindowsMobile，Palmos等手机平台,过于封闭，不能很好的满足用户的需求，因此市场迫切需要一个开放性很强的平台。经过多年的发展，第三代数字通信(3G)技术获得了广泛的接受，它为移动终端用户带来了更快的数据传输速率。随着3G网络的使用，移动终端不再仅是通讯网络的终端，还将成为互联网的终端。因此，移动终端的应用软件和需要的服务将会有很大的发展空间。Google为此于2007年推出了一个专为移动设备设计的软件平台Android。

Android是一套真正意义上的开放性的移动设备综合平台，它包括操作系统、中间件和一些关键的平台应用。Android是由Linux+Java构成的开源软件，允许所有厂商和个人在其基础上进行开发。Android平台的开放性等特点既能促进技术(包括平台自身)的创新，又有助于降低开发成本，还可以使运营商能非常方便地制定自己的特色化的产品。因此，它具有很大的市场发展潜力。

根据中国互联网络信息中心(CNNIC)发布的《第22次中国互联网络发展状况统计报告》显示，截至2008年6月底，我国网民数量达到了2．53亿，首次大幅度超过美国，网民规模跃居世界第一位，其中手机网民达到7305万，手机上网成为网络接入的一个重要发展方向。十大互联网应用中，即时通信、搜索引擎和电子邮件三大互联网基础应用均榜上有名，使用率均超过60％。其中，即时通信使用率为77．2％，用户规模达到了1．95亿人，半年增长了2442万，半年增长率14．3％。说明即时通讯在网络应用中占据了十分重要的地位。

1.2 相关技术发展现状

1.2.1手机操作系统的发展现状

Palm OS是一套专门为掌上电脑编写的操作系统，是一种轻量级、比较开放的操作系统，占用的内存非常小，允许用户在其基础上编写和修改相关软件，使支持的应用程序更加丰富多彩。Palm在其它方面也还存在一些不足，如Palm操作系统本身不具有录音、MP3播放功能等，但是可以通过加入第三方软件或硬件设备来实现。其代表性的产品有Palm m505、Palm m500、Palm III等。

Symbian是-个实时性、多任务的纯32位操作系统，具有功耗低、内存占用少等特点，非常适合手机等移动设备使用，经过不断完善，可以支持GPRS、蓝牙、SyncML、以及3G技术。

Windows mobile系列操作系统是从微软计算机的Windows操作系统上变化而来的。Windows Mobile系列操作系统功能强大，而且支持该操作系统的智能手机大多数都采用了英特尔嵌入式处理器，主频比较高，在其它硬件配置(如内存、储存卡容量等)上也比采用其它操作系统的智能手机要高出许多，因此性能比较强劲，速度比较快。Windows Mobile系列操作系统包括SmartPhone以及Pocket PC Phone两种平台。Pocket

操作系统。

Linux系统是一个源代码开放的操作系统。由于其开源性，手机制造商可以根据实际情况开发自己的Linux手机操作系统，从而也能够吸引更多的软件制造商在其上开发更多的应用软件，丰富第三方的应用。但是Linux操作系统也还存在一些不足，集成开发环境和基于Linux的产品与PC的连接性比较差等。

1.2.2 即时通讯软件的发展现状

据腾讯QQ官方消息，2005年，QQ在国内己拥有2．4亿多的注册用户，7000多万活跃用户，同时在线人数700万以上。目前，腾讯QQ已成为国内用户最多的个人即时通讯工具，占据着国内约65％以上的市场份额。并且整合移动通讯手段，可通过客户端发送信息给手机用户。

MSNl71是微软公司开发的即时通讯工具，用户众多，操作简单，运行稳定，且与Windows XP实现了无缝结合，使得MSN的普及速度非常快，在国内即时通讯软件中稳占了第二的位置。MSN采用邮件地址作为用户名，实现了与邮箱之间的连接。当对方不在线时，你可以选择给对方的MSN邮箱或Hotmail发送邮件。这样MSN就不仅是一个简单的即时通讯软件，而演变为以MSN为中心的整合服务。POPO[7]是由网易公司开发的一款免费多媒体即时通讯工具，融合了QQ与MSN的优点，解决安全与隐私问题的功能非常完善，特别是好友的权限设置功能，优于其他即时通讯软件。并可与移动通讯终端等多种通讯方式相连。POPO还支持用户同时登录一个MSN账户，实现了与MSN的互通互联。

ICQ是1996年1 1月在全世界范围推出的第一款即时通讯软件，是现在功能最强大、全球用户最多、应用最广泛的即时通讯工具。但由于它的操作和设置比较复杂，再加上全英文的聊天界面，使许多中国用户对它望而生畏，在中国市场上所占份额逐渐萎缩。近期，就在其他同行纷纷通过增加功能来吸引用户时，ICQ反而推出了功能精简版的ICQLite，试图在中国市场东山再起。

1.2.3 即时通讯协议的发展现状

目前主流的IM(Instant Messaging)协议主要有即时信息和空间协硕+学位论文议(IMPP)、空间和即时信息协议(PRIM)1、针对即时通讯和空间平衡扩充的进程开始协议SIP(SIMPLE)和XMPP(Extensible Mesageing and Presence Protoc01)协议。IMPP主要定义必要的协议和数据格式，用来构建一个具有空间接收和发布能力的即时信息系统。到目前为止，这个组织已经出版了三个草案RFC，但主要的有两个：一个针对站点空间和即时通讯模型的(RFC 2778)和一个针对即时通讯／空间协议需求条件的(RFC2779)。SIMPLE是目前为止制定的比较完善的一个，符合RFC2778和IⅫC2779草案。SIMPLE 被定义为建立一个IM进程的方法。SIMPLE使用SIP(IETF中为终端制定的协议)来建立一次进程，再利用SDP(进程描述协议)来实际传输IM数据。PRIM与XMPP、SIMPLE 类似，已经不再使用了。XMPP(Extensible Messageing and Presence Protocol：可扩展消息与存在协议)。符合RFC2778和RFC2779草案。XMPP是一种基于XML的协议，它继承了XML环境中灵活的扩展性。经过扩展以后的XMPP允许通过发送扩展的信息来处理用户的需求，以及在XMPP的顶端建立如内容发布系统和基于地址的服务等应用程序，而且XMPP还包含了针对服务器的软件协议，实现了在不同服务器之间的通话。

第二章设计方案论述

2.1 客户端设计思路

2.1.1 软件界面

本次的聊天软件是一个独立的软件，应该具有完整的功能。从大体上面包括注册，登陆，聊天这三个大的模块。以此分展开的有各个小的界面设计，包括弹出窗口，弹出对话框都需要进行定制的界面设计。其功能划分表2-1：

表2-1 软件界面设计

2.1.2 软件功能流程

根据软件的正常流程给出运行时的过程，如图2.1：

图2.1 软件运行流程

Figure 2.1 The Software Flow

2.2 服务端设计思路

2.2.1 服务端架构

考虑到本次的实验是一个简易的聊天软件。在服务器方面不应该太过复杂，采用简单的java语言实现端口的监听就可以了。对于服务器的设置中包括两个协议的监听端口。

表2-2 服务端设计

2.2.2 服务端资料存储

服务器的资料是用户的资料的存储，是数据量很大的数据，这里就优先考虑数据库的存储，数据库的存储便于管理和统一的处理。数据库的种类很多，由于条件的限制，选择最学习时用到的较为普通的Microsoft SQL来存储用户的资料。本次实验的设计，大体考虑分为三个表，表一完成用户资料的统计，表二完成用户好友分组统计，表三完成用户好友分组拥有的好友的分组。数据库和程序的链接用到JDBC。能够方便快捷的完成对于数据的处理。

第三章详细设计

3.1 客户端的详细设计

3.1.1 界面的详细设计

Android客户端的界面由XML文件设计完成。本次的实验包括开机logo，登陆，注册，好友列表，聊天等界面。详细的设计中如图3.1

图3.1 界面设计详细条目

Figure 3.1 Interface Design with Entries

如图中所示，每个activtity.java的文件对应一个一个同名的布局。如图3.2所示

图3.2 界面布局文件

Figure 3.2 Interface Layout File

划分的布局文件中大多数要采用相对布局来实现好适应屏幕。对于有文字的部分则需要细化控制好大小，以免出现文字显示不完全的情况。

Activity_splash.xml是开机logo的布局，仅仅只是单纯的有一个背景图片，在实际的应用中给出跳转延迟就可以达到logo效果

Activity_land.xml是登陆界面，包含显示信息的两个TextView控件，两个EditText控件和两个按钮控件

Activity_register.xml是注册界面，以一个TextView和一个EditText搭配的方式来获得用户信息，底部包含一个确认注册的按钮

Activity_main是聊天主界面，包含一个FrameLayout的控件和三个底部显示的TextView 控件，分别对应于消息，列表和其它的功能

3.1.2 登陆功能

登陆界面包括两个文本输入框和两个按钮。登陆按钮和注册按钮，分别对应着不同的响应事件，跳转到不同的界面。点击登陆按钮后会出现不同的情况

图 3.3 登陆界面功能

Figure 3.3 Landing Interface Function

3.1.3 注册功能

注册功能是一个比较简单的功能，只是单纯的获得用户资料信息，请求服务器后获得一个新的账户ID，返回显示新的ID和密码的提示。这里需要注意的是软键盘的弹出，设计的时候很大的可能会覆盖编辑框，使得用户的输入不方便，设计的界面的时候要使得界面可滑动，整体的界面会出现上滑的现象。对于用户设置的密码要输入两次，便于比较和确认。请求发送到服务器后得到的消息以弹出对话框的方式显示。这里需要对于弹出对话框的确认按钮要直接跳转回登陆界面而不是停留在注册，这样提升了界面设计的友好性。

3.1.4 聊天功能

聊天功能是设计的核心，与前面的简单界面不同，这里要复杂的多。也需要对不同的ListView控件填写适配器。主界面需要填充不同的Fragment，不同ListView填充不同的适配器。聊天双方的是以UDP协议进行网络信息传递，对于UDP的NAT穿透有多种，这里只使用很介绍较为简单使用的ConeNAT的穿透。

第一种，只需要内网主动发起连接就可以了。内网机器A（192.168.1.x:4000）要求连接外网服务端S（60.17.211.x:5000），发出连接请求后被A网所在网关NA（10.11.12.x）获取，NA将A的地址转变为其自身地址，并分配临时端口（6000）用作通讯，于是，当初的A->S 就变成现在的A->NA->S。那么S接到请求后看到的并不是A的地址，而是NA的IP和Port，此时S如果照着此地址回复，则NA收到，因为NA此时有通讯临时Session被创建了，所以在一定时间内（貌似根据不同硬件、软件设备而不同）还记得发到6000的信息要转给A，NA就会转发给A。至此，通讯成功。

第二种，两个内网之间就要复杂一些

图3.4 UDP的NAT穿透

Figure 3.4 UDP NAT Traversal

首先，两个内网A和B谁都不能直接连谁，所以第一次，都是给S发送登录、心跳之类的，目的是表明自己的存在，并建立session，当然，这个过程还是通过自身网络的N 实现的。那么，如何做到UDP穿透呢？

1. 假设左边的为A（19

2.168.1.77:8000），A->NA（211.13

3.*：6000）->S，此时，S记住了A 的存在，NA也与A建立了对应关系（发到6000的信息就是A的），一样道理，B也与S建立了连接。

2. A通过S知道了B的存在（只是知道存在），A想连B，于是A告诉S，“让B探测我一下”

3. S把A的要求发给B，于是B发送“探测”包给A，事实上就是B->NB->NA，但是因为NA 不认识NB（之前没联系过），所以NA 就不会转发给A，随之丢弃。但是NB 上已经建立起了目的是NA 的session，这是后面打洞成功的关键一步。

4. B 发送探测给 A 之后，因为NA 必定丢弃，所以 B 向S 发送“反馈包”，就是图中的步骤

4，目的是告诉S 已经发送过探测包给A 了。这一步的目的是，借S 之手告诉A ，我已经联系过你了，我已经有了关于你的session 。

5. S 通知A：“人家B 已经联系过你了”。

6. A 知道之后，发送数据包给B ，也就是A->NA->NB->B。当NA->NB 时，因为NB 存有当初链接NA 的信息，所以NB 认为它自己认识NA ，会接受NA 发送的信息，转发给B，至此，理论上，打洞完成。AB之间可以互通了。还未经过自己试验，不知道对不对。图中右上角步骤2中的文字“...给NAT211.134.*”应该是错误的，正确的应该是“211.133.*”，因为是S 让 B 去连接A，而 A 的地址是211.133.*，另外还有几点疑惑和说明的地方1. “信息不请自来，NAT 安全起见，是会被丢弃的”——A->NA->S 时，NA 接到请求会创建session ，分配某端口如6000对应 A ，目的是接到发到6000 端口上的信息就知道转发给A，但只会接受当初 A 所请求的远程主机S 所发过来的信息才会转发给A，其它地址则会丢弃。这也是为什么两个内网不能直接互发的原因，举个例子就是洞还没打，外界发过来的信息，也会被看门人NA 给扔掉，因NA 那有一个记录表，A 曾经要求连接S，这条记录就会有关于S 的信息，比如另一台S2 发过来同样的6000 端口信息，由于NA 没有记录不认识S2 ，是会丢弃不会转发的。

2. 打洞要从内部向外部打，S 想连接A，A 向S 打洞（发起连接）。A 想连接B，要通过S 告诉 B 让 B 向 A 打洞，B 打完 A 沿此路打回去，才能成功。

3.2 服务端的详细设计

这里规定客户端到服务端的消息是以指定的格式开头，按照不同的请求标识可以得到不同的操作。

表3-1 服务消息响应

为了实现不断的监听端口，采取两个无限循环和多线程的方式获得包。具体的核心代码示例：

new Thread(){

public void run(){

while(true)

{

try {

Socket s = ss.accept();

sockedList.add(s);

System.out.println("收到一个套接字连接");

new Thread(new TCPServerThread(s)).start();

} catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

}}

}}.start();

对于UDP的监听同样如此。

在服务器中还包含对数据库的设计，这里简单的列出数据表项

表3-2 数据库设计

第四章设计结果及分析

4.1 运行界面展示

对于大多数APP有一个具有意义的图标和开机logo是很重要的，它展示的是一个友好图案代表着设计者的意义和观念。这里只展示图标，开机logo可以是任意代表理念的图片即可，需要注意不同的屏幕大小，做到清晰。

图 4.1 APP图标

Figure 4.1 APP Icon

图 4.2 开机logo

Figure 4.2 Boot Logo