基于XMPP协议的Android即时通信系统原理分析

设计基于开源的XMPP即时通信协议，采用C／S体系结构，通过GPRS无线网络用TCP协议连接到服务器，以架设开源的Openfn'e服务器作为即时通讯平台。

         系统主要由以下部分组成：一是服务器，负责管理发出的连接或者与其他实体的会话，接收或转发XML(ExtensibleMarkup Language)流元素给授权的客户端、服务器等；二是客户终端。它与服务器相连，通过XMPP获得由服务器或任何其它相关的服务所提供的全部功能。三是协议网关。完成XMPP协议传输的信息与外部消息系统可识别信息间的翻译。再就是XMPP网络。实现各个服务器、客户端间的连接。系统采用客户端(Client)／服务端(Server)架构体系结构。

客户端：

        客户端基于Android平台进行开发。负责初始化通信过程，进行即时通信时，由客户端负责向服务器发起创建连接请求。系统通过GPRS无线网络与Internet网络建立连接，通过服务器实现与Android客户端的即时通信。

服务器端：

       服务器端则采用Openfire作为服务器。允许多个客户端同时登录并且并发的连接到一个服务器上。服务器对每个客户端的连接进行认证，对认证通过的客户端创建会话，客户端与服务器端之间的通信就在该会话的上下文中进行。

1.1服务器端设计(这块几乎可以说是有成品了。不用多纠结)

        androidpn服务器端是java语言实现的，基于openfire开源工程，Web部分采用的是spring框架，这一点与openfire是不同的。Androidpn服务器包含两个部分，一个是监听特定端口上的XMPP服务，负责与客户端的XMPPConnection类进行通信，作用是用户注册和身份认证，并发送推送通知消息。另外一部分是Web服务器，采用一个轻量级的HTTP服务器，负责接收用户的Web请求。

       主要的四个组成部分，分别是SessionManager，Auth Manager，PresenceManager以及Notification Manager。SessionManager负责管理客户端与服务器之间的会话，Auth Manager负责客户端用户认证管理，Presence Manager负责管理客户端用户的登录状态，NotificationManager负责实现服务器向客户端推送消息功能。

       系统客户端基于Android手机平台。采用XMPP作为即时通讯协议。XMPP是基于XML，实现任意两个网络终端准实时的交换结构化信息的通信协议。采用Android平台提供的XML解析包对XML进行解析。由于应用活动都运行于主线程。故用多线程技术来解决系统通讯问题。针对通信安全问题．系统的用户信息和聊天信息在客户端存储在Android平台自身所带的SQLite数据库中，多媒体文件和图片文件存储在Android平台虚拟文件存储设备SD Card中。

        通讯模块负责与服务器建立通讯旧。通过创建3个线程来进行处理。分别负责消息的发送、接收和心跳信息的发送；解析模块主要用来解析XML数据流。根据解析元素不同类型封装成不同的数据对象：数据模块定义整个客户端中大部分的数据类型和对象；应用模块包括即时通信、图片浏览和音乐播放。是客户端和用户交流的接口；加密模块对发送和接收的消息进行加解密。以确保通讯数据的安全。

系统的客户端分为5大模块进行设计开发，如图2所示。

       通讯模块负责与服务器建立通讯旧。通过创建3个线程来进行处理。分别负责消息的发送、接收和心跳信息的发送；解析模块主要用来解析XML数据流。根据解析元素不同类型封装成不同的数据对象：数据模块定义整个客户端中大部分的数据类型和对象；应用模块包括即时通信、图片浏览和音乐播放。是客户端和用户交流的接口；加密模块对发送和接收的消息进行加解密。以确保通讯数据的安全。

加密（首先将二进制码转换成BASE64码，在转换成BASE64码之后，再进行MD5加密，）

XMPP服务器之间、客户与服务器之间采用的是TCP连接罔。TCP提供一种瓦向连接、可靠的字节流服务。保持一个实时双向的传输通道。TCP将用户数据打包构成报文段。它发送数据后启动一个定时器，等待对端数据确认，另一端对收到的数据进行确认，对失序的数据重新排序，并丢弃重复数据；TCP提供端到端的流量控制。计算和验证一个强制性的端到端检验。但是GPRS网络对TCP链路存在一个限制。当TCP链路在长时间无有数据流量时。会自动降低此链路的优先级直至强制断开此链路。所以在应用中．采用发送心跳的方式来维持此链路。

 数据格式

        XML是XMPP系统架构的核心。它能表述几乎任何一种结构化数据。特别是XMPP利用XML数据流进行客户端一服务器端、服务器端一服务器端的通信。XML数据流一般是由客户端发起至服务端，XML数据流的有效时间直接与用户的在线会话有效时间相关联。

 协议消息格式

XMPP协议包括3个顶层XML元素：Message、Presence和IQm。Message用来表示传输的消息，当用户发送一条消息时。就会在流的上下文中插入一个Message元素，中间有用户发送的相关信息；Presence用来表示用户的状态。当用户改变自己的状态时。就会在数据流的上下文中插入一个Presence元素，用来表示用户现在的状态；IQ用来表示一种请求，响应机制，从一个实体发送请求，另外一个实体接受请求并响应。

后台Servic：

从类的层次看这个结构比较简单，让其变得复杂的是，其里面有三个线程：主线程，进行Xmpp通信线程，连接出错重试线程。

对图说明：

  1. 在NotificationService里创建一个单线程，让其对服务器进行连接，由于使用Xmpp连接服务器要分为三步：连接，注册，登陆。所以用一个栈来保存要执行的Task任务（ConnectTask，RegisterTask，LoginTask），还后再按这个顺序进行执行。

  2. 连接Xmpp服务器的线程用的是Executors.newSingleThreadExecutor()，这个本身可以不停的submit任务。

  3. 连接线程在连接，注册，登陆的过程中，都有可能出错，都可能会失败，这时我就要有一个重连的机制，在Androidpn里开了另外一个线程来进行重试，其重试不是每次都按多少秒来进行重试，而是有其自己的规则。 

  4. 在LoginTask里，如果登陆了服务器端，其就会注册一个监听器，用于监听服务器push的数据包（Packet），再通过发送广播的方式来通知要进行显示的程序。

  5. 在登陆服务器后，也有可能出错，所以在登陆后，会设置一个ConnectionListener，用于监听连接出错的时候，再合适重连线程，进行重连

  6. 在登陆过程中，有一种错误要单独处理，就是账号和密码无效的时候，这个时候其返回的状态码是401，这种情况应该把本地保存的帐号和密码都清掉，再重新进行连接，不然会永远都登陆不上服务器端。

由于该系统所有的功能实现都是基于网络间的XML流的通信，所以，需要有一个模块专门负责网络问通信和XML流的处理，主要功能包括服务器和客户端之问通信时TCP套接字的处理，XML流的解析、存储等功能。

数据模块负责XML流的解析和封装的XML模块，主要功能是：将XML流解析成java对象，将iava对象封装成XML流；

其流程是XMPP服务器接收到XML流之后，会有渎取器将其读取出来并将其作为入口参数传入XML解析器，XML解析器通过对其命名空间的解析，从而确定将剩余的XML元素解析出来并传入相应的；ava对象中，从而最终将XML转换成iava对象，然后将iava对象传入应用程序模块中，实现其请求完成的功能并返回iava对象，但是该iava对象不能在网络中直接传输，必须先转换成XML节，于是，该Java对象会被传入XML封装器中，被封装成XML节，通过XMPP服务器的发送端口发往目的节点。

java对象处理模块处理流程如下：当该模块接收到iava对象时，会先将该对象通过解密算法和解密密钥解密成base64码，然后f耳将base64码转换成二进制码，从而实现对java对象的解析。当完成业务逻辑处理后，该模块会将返回的java对象先由二进制码转换成base64码，然后用加密算法将其加密，这里的加密算法是由双方在建立会话时通过三次握手协议协商的。

当XML节被封装成java对象后，确定模块中加以处理，这就要求有一个路由转发模块，该模块的实现原理是：在系统启动时加载该路由模块，从而在内存中创建了一块路由模块，记录了命名空和功能模块之间的对应关系，当Java对象被封装好之后，系统会读出其命名空间，再在路由表中查找其所对应的模块，从而动态地加载该模块，并将该java对象转发至该模块，从而实现路由转发的功能。