Python多线程实现多用户全双工聊天室:服务器中转与通信规则详解

栗子
栗子
发布时间:2026-10-13| 5人浏览过
原创

本文介绍基于Python多线程实现的多用户全双工聊天系统。服务器作为中转站处理消息转发,客户端通过输入用户名登录并指定通信对象。系统定义了严格的通信规则,包括用户名唯一性校验、目标用户选择机制(to:username)以及动态切换通信对象的功能。当发送quit命令时,线程终止并清理用户状态。代码展示了服务器与客户端的完整实现,利用多线程处理并发连接与消息收发。

本文分享一个使用Python网络编程结合多线程技术实现的多用户全双工聊天功能示例,供读者参考学习。

在前文《Python网络编程使用select实现socket全双工异步通信功能》中,我们完成了1对1的异步通信案例,并在文末探讨了多对多通信的实现思路。

既然提出了思路,现在便动手实践,本次采用多线程技术来实现,借此机会进行练习。

首先阐述整体设计思路:

我们将服务器设定为信息中转站,负责与各个客户端进行交互,并执行消息的转发操作。

确定大致思路后,需明确以下通信规则:

1. 客户端与服务器建立连接后,必须输入用户名进行登录。若该用户名已被占用,服务器将返回reuse提示,用户看到错误信息后退出程序。

2. 用户输入合法且唯一的用户名后,即可开始通信。若用户未指定通信对象,服务器会反馈提示信息,要求用户选择通信对象。

3. 选择通信对象的方式是输入to:username格式的命令。如果指定的对象不存在,服务器将反馈错误信息,要求用户重新输入。

4. 当正确选择通信对象后,双方通过服务器中转信息进行通信。

5. 在通信过程中,若发送‘quit’命令,则结束发送消息的线程,并通知服务器该用户准备登出。服务器删除该用户记录后,反馈消息给用户,用户随后结束接收消息的线程并退出程序。

6. 如果用户A正在与用户C通信,此时用户B向A发送信息,则A的通信窗口将切换为与B的通信窗口。即A接收到B的消息后,A后续发出的消息默认发送给B,而非之前的C。

具体实现代码如下:

#!/usr/bin/python
'test TCP server'
from socket import *
from time import ctime
import threading  #多线程模块
import re   #正则表达式模块
HOST = ''
PORT = 21567
BUFSIZ = 1024
ADDR = (HOST, PORT)
def Deal(sock, user):
  while True:
    data = sock.recv(BUFSIZ)  #接收用户的数据
    if data == 'quit':  #用户退出
      del clients[user]
      sock.send(data)
      sock.close()
      print '%s logout' %user
      break
    elif re.match('to:.+', data) is not None:  #选择通信对象
      data = data[3:]
      if clients.has_key(data):
        chatwith[sock] = clients[data]
        chatwith[clients[data]] = sock
      else:
        sock.send('the user %s is not exist' %data)
    else:
      if chatwith.has_key(sock):  #进行通信
        chatwith[sock].send("[%s] %s: %s" %(ctime(), user, data))
      else:
        sock.send('Please input the user who you want to chat with')
tcpSerSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
tcpSerSock.bind(ADDR)
tcpSerSock.listen(5)
clients = {}  #提供 用户名->socket 映射
chatwith = {}  #提供通信双方映射
while True:
  print 'waiting for connection...'
  tcpCliSock, addr = tcpSerSock.accept()
  print '...connected from:',addr
  username = tcpCliSock.recv(BUFSIZ)  #接收用户名
  print 'The username is:',username
  if clients.has_key(username):  #查找用户名
    tcpCliSock.send("Reuse")  #用户名已存在
    tcpCliSock.close()
  else:
    tcpCliSock.send("Welcome!")  #登入成功
    clients[username] = tcpCliSock
    chat = threading.Thread(target = Deal, args = (tcpCliSock,username))  #创建新线程进行处理
    chat.start()  #启动线程
tcpSerSock.close()

#!/usr/bin/python
'test tcp client'
from socket import *
import threading
HOST = 'localhost'
PORT = 21567
BUFSIZ = 1024
ADDR = (HOST, PORT)
threads = []
def Send(sock, test):  #发送消息
  while True:
    data = raw_input('>')
    tcpCliSock.send(data)
    if data == 'quit':
      break
def Recv(sock, test):   #接收消息
  while True:
    data = tcpCliSock.recv(BUFSIZ)
    if data == 'quit':
      sock.close()   #退出时关闭socket
      break
    print data
tcpCliSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
tcpCliSock.connect(ADDR)
print 'Please input your username:',
username = raw_input()
tcpCliSock.send(username)
data = tcpCliSock.recv(BUFSIZ)
if data == 'Reuse':
  print 'The username has been used!'
else:
  print 'Welcome!'
  chat = threading.Thread(target = Send, args = (tcpCliSock,None))  #创建发送信息线程
  threads.append(chat)
  chat = threading.Thread(target = Recv, args = (tcpCliSock,None))  #创建接收信息线程
  threads.append(chat)
  for i in range(len(threads)):  #启动线程
    threads[i].start()
  threads[0].join()  #在我们的设计中,send线程必然先于recv线程结束,所以此处只需要调用send的join,等待recv线程的结束。

当然,本程序仍存在不足之处。例如,当通信双方中的A退出时,另一方B的通信列表中仍保留A的记录。此时如果B向已登出的A发送消息,程序将会出错。由于博主较为懒惰,此处未修复此bug。

更多关于Python相关内容可查看本站专题:《Python Socket编程技巧总结》、《Python数据结构与算法教程》、《Python函数使用技巧总结》、《Python字符串操作技巧汇总》、《Python入门与进阶经典教程》及《Python文件与目录操作技巧汇总》

希望本文所述内容对大家学习Python程序设计有所帮助。

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