Java 實作網路中國象棋室 (二)：伺服端核心邏輯與協定設計深度解析

專案架構回顧

本系列採用客戶端 Applet (棋盤渲染/走法判斷/用戶操作) + 伺服端 Java Application (狀態機/訊息路由/房間管理) 架構。通訊協定為自訂二進位封包 (Header + Body)，基於 TCP 長連線，採用雙緩衝繪圖消除閃爍。本文聚焦伺服端核心類別：ChessServer、ChessUser、TcpDataReceiver/Sender、HttpInputStream。

通訊協定定義 (二進位封包)

關鍵設計：固定 12 bytes Header 確保 HttpInputStream.readBytes() 能精確讀取完整封包，解決 TCP 黏包/半包問題。

核心類別職責詳解

1. ChessServer : 中心控制器 (單例模式)

• 狀態管理：Hashtable userlist (全館用戶)、ChessTable[20] tb (20 張桌子)、ServerSocket ss。
• 訊息分發：
  • sendToRoom()：廣播給大廳所有用戶 (登入/退出/用戶列表)。
  • sendToTable()：廣播給特定桌子用戶 (走棋/聊天/悔棋/求和/認輸)。
• 桌位邏輯：addTableUser(tableID, userID, color) 分配紅/黑/觀戰座位，回傳實際狀態碼；removeTableUser() 清理。
• 封包處理入口：onUserPackageArrived(header, len, data) 根據 CmdType 分派，同步鎖保護共享資料結構。

2. ChessUser : 用戶會話實體

• 持有 Socket、TcpDataReceiver (讀取執行緒)、TcpDataSender (寫入工具)。
• 實作 TcpDataListener，將收到的封包轉交 ChessServer.hwnd.onUserPackageArrived()。
• 資料模型：username, userID, tableID, state (0紅走/1黑走/2觀紅/3觀黑)。
• getBytes() 序列化用戶資訊 (8 bytes 名稱 + 4 bytes ID + 2 bytes 狀態) 供大廳列表廣播。

3. TcpDataReceiver : 專用讀取執行緒

public void run() {
    while (isrunning) {
        HttpInputStream.readBytes(is, 12, header); // 讀固定 Header
        int len = Convert.byteToShort(header[1], header[2]);
        if (len > 0) HttpInputStream.readBytes(is, len, data); // 讀 Body
        notifyListeners(header, len, len > 0 ? data : null);
    }
}

• 繼承 Thread，持續阻塞讀取，解碼固定長度 Header + 可變 Body。
• 觀察者模式：持有 Vector，收到完整封包回呼 onTcpDataArrived()。
• 異常捕捉：IOException 視為連線斷開，上層負責清理。

4. TcpDataSender : 封裝寫入邏輯

• sendData(header, body, len)：依序寫入 Header、Body，flush() 確保發送。
• sendLoginBack(userID)：發送 CmdType=10 登入成功回應 (含分配的 UserID)。
• sendUserListData(userListBytes)：發送 CmdType=6 大廳用戶列表。

5. HttpInputStream : 精確位元組讀取工具

關鍵靜態方法 readBytes(InputStream, int length, byte[] dest)：

public static void readBytes(InputStream in, int length, byte[] data) throws IOException {
    int n = 0;
    while (n < length) {
        int read = in.read(data, n, length - n);
        if (read == -1) throw new IOException("Connection closed prematurely");
        n += read;
    }
}

確保讀滿指定位元組數才返回，解決 InputStream.read() 可能不滿緩衝區就返回的特性。

6. Convert : 位元組序列化工具

• intToBytes(int)、byteToInt(b1,b2,b3,b4) (大端序/Network Byte Order)。
• shortToBytes(short)、byteToShort(b1,b2)。

登入與連線建立流程 (ChessLogin)

1. ChessLogin.run() 迴圈 ss.accept() 接收新 Socket。
2. chkLogin() 讀取 12 bytes Header + Body，解析用戶名 (Body 即用戶名位元組)。
3. 建立 LoginEvent(userID, username, socket) 通知 ChessServer.onLoginEvent()。
4. Server 建立 ChessUser，初始化收發器，發送登入回應 (含 UserID)、大廳用戶列表，廣播「新用戶進入」訊息。

關鍵設計亮點與潛在改進

改進建議

• 執行緒模型升級：目前每連線一讀取執行緒 (Receiver)，高併發下建議遷移至 NIO Selector 或虛擬執行緒 (Java 21+)。
• 協定擴充性：Header 預留擴充欄位，支援協定版本號、壓縮旗標、加密旗標。
• 心跳/死連線檢測：定時發送 PING (CmdType=99)，超時未收到 PONG 強制清理。
• 序列化升級：Body 採用 Protobuf/FlatBuffers 替代手寫位元組操作，支援結構演進。
• 安全性：引入 TLS (SSLSocket) 加密傳輸，防竄改/偷窺。
• 資料庫持久化：棋譜、用戶積分、聊天記錄落地 MySQL/Redis。

總結

本象棋室伺服端展示了經典 Java TCP 伺服器架構：ServerSocket.accept() + 每連線專屬讀取執行緒 + 自訂二進位協定 (固定 Header + 可變 Body) + 觀察者模式分發 + 共享狀態同步鎖保護。雖技術棧屬上一代 (BIO、Applet、Swing)，但其協定設計、模組解耦、狀態機管理思想在現代 Netty/gRPC 微服務架構中依然通用。建議以此為基礎，遷移至 Netty + Protobuf + WebSocket 實現瀏覽器原生跨平台對弈。