C++实现分布式集群聊天服务器

一、项目整体架构

我做的项目是集群版聊天服务器，核心技术栈：

• C++11 + Muduo 网络库（Reactor 高并发模型）
• MySQL 数据持久化（用户 / 好友 / 群组 / 离线消息）
• Redis 发布订阅（跨服务器消息转发，实现集群）
• nlohmann json 序列化（客户端 <-> 服务器通信协议）
• 单例模式（Service 业务层、DB 数据库）

项目分层

1. 网络层：ChatServer—— 只处理连接、读写事件，不处理业务
2. 业务层：ChatService—— 所有聊天业务逻辑（登录、注册、聊天、群聊）
3. 数据模型层：User/Group/Friend/OfflineMessage—— 操作数据库
4. 中间件：MySQL+Redis
5. 公共层：public.hpp—— 全局枚举、协议、工具

二、逐文件梳理

第一部分：include 头文件（所有声明）

1. public.hpp

作用：全局公共头文件，客户端与服务器共用的通信协议

• 定义消息类型枚举：登录、注册、一对一聊天、加好友、创建群组、群聊、退出登录等
• 定义错误码、状态码
• 提供通用工具函数（如字符串处理）
• 所有业务模块都必须包含它

2. db.h

作用：MySQL 数据库连接单例类

• 封装数据库连接、初始化、断开、更新、查询
• 使用单例模式，保证全局只有一个数据库连接池 / 连接
• 提供update()/query()接口给所有 Model 使用

3. user.hpp

作用：用户表实体类

• 成员变量：id、name、password、state（在线 / 离线）
• 提供 set/get 方法
• 与数据库user表字段一一对应

4. usermodel.hpp

作用：用户数据操作类（DAO）

• 接口：
  • insert注册用户
  • query根据 ID 查询用户
  • updateState更新在线 / 离线状态
  • resetState服务器异常下线，重置所有用户为离线

5. friendmodel.hpp

作用：好友关系操作类

• 接口：
  • insert添加好友
  • query获取用户所有好友信息

6. groupuser.hpp

作用：群成员实体类

• 继承 User，增加role字段（群主 / 普通成员）

7. group.hpp

作用：群组实体类

• 成员：id、groupname、desc
• 包含群成员列表vector<GroupUser>

8. groupmodel.hpp

作用：群组数据操作类

• 接口：
  • createGroup创建群组
  • joinGroup加入群组
  • queryGroups查询用户所在的所有群组
  • queryGroupUsers查询群内除自己外的所有成员

9. offlinemessagemodel.hpp

作用：离线消息存储操作

• 接口：
  • insert存储离线消息
  • query获取离线消息
  • remove登录成功后删除离线消息

10. redis.hpp

作用：Redis 发布订阅封装，实现跨服务器通信

• 接口：
  • connect连接 redis
  • publish发布消息
  • subscribe订阅通道
  • unsubscribe取消订阅
• 启动独立线程监听 redis 消息，回调给业务层

11. chatserver.hpp

作用：网络层服务器类（基于 Muduo）

• 封装muduo::net::TcpServer
• 处理连接建立、断开、消息读写
• 把读写事件转发给业务层 ChatService

12. chatservice.hpp

作用：业务层核心（单例），所有聊天功能实现

• 采用单例模式，全局唯一
• 使用回调映射表：根据消息类型调用对应业务函数
• 核心成员：
  • _connMap记录在线用户连接（保证线程安全）
  • _userModel、_friendModel等数据操作对象
  • _redis跨服务器消息组件
• 业务函数：登录、注册、一对一聊天、加好友、创建群、群聊、退出、异常断开

第二部分：src 源文件（所有实现）

1. db.cpp

作用：数据库连接实现

• 加载配置，连接 MySQL
• 实现update()执行增删改
• 实现query()执行查询
• 自动释放结果集，防止内存泄漏

2. user.cpp / usermodel.cpp

作用：用户表操作实现

• insert：执行 INSERT 语句，注册新用户
• query：SELECT 查询用户信息（登录校验）
• updateState：更新在线状态（online/offline）

3. friendmodel.cpp

作用：好友业务实现

• 存储好友关系，查询好友列表
• 登录时返回所有好友信息与在线状态

4. groupuser.cpp / group.cpp / groupmodel.cpp

作用：群组业务实现

• 创建群、加入群、查询群、群聊消息转发
• 群聊时获取所有群成员，逐个推送消息

5. offlinemessagemodel.cpp

作用：离线消息实现

• 用户不在线 → 存储消息到数据库
• 用户登录 → 读取并删除离线消息

6. redis.cpp

作用：Redis 发布订阅实现

• 订阅通道：以用户 ID作为通道号
• 服务器 A 发布 → 服务器 B 订阅 → 跨机消息送达
• 用线程在后台阻塞监听消息，不阻塞网络线程

7. chatserver.cpp

作用：网络层实现

• 初始化 Muduo 事件循环、地址、线程数
• 设置连接回调（新连接 / 断开连接）
• 设置消息回调（收到客户端数据）
• 调用ChatService::instance()处理业务
• 只负责网络，不处理业务逻辑

8. chatservice.cpp（最核心文件）

作用：所有业务逻辑实现

• 登录业务：校验账号密码 → 更新在线状态 → 获取好友 / 离线消息 → 订阅 redis
• 注册业务：插入用户数据到数据库
• 一对一聊天：
  • 目标用户在线本服务器 → 直接发
  • 在线其他服务器 → redis 发布
  • 不在线 → 存储离线消息
• 加好友：双向插入好友关系
• 创建群组：插入群组信息，把创建人设为群主
• 群聊业务：获取群成员 → 逐个转发消息
• 异常断开：重置用户状态、从连接表移除、取消订阅
• 所有操作加互斥锁，保证多线程安全

9. main.cpp

作用：服务器入口函数

• 创建事件循环EventLoop
• 初始化ChatServer
• 启动服务器
• 处理信号（如 SIGINT），重置所有用户状态为离线

10. 所有 CMakeLists.txt

作用：项目编译配置

• 规定 C++11 标准
• 查找 Muduo、Boost、MySQL、Redis 依赖库
• 指定头文件路径
• 生成可执行文件到 bin 目录

11. autobuild.sh

作用：一键编译脚本

rm -rf build mkdir build cd build cmake .. make

• 清空编译目录
• CMake 生成 Makefile
• make 编译，生成服务器可执行文件

三、项目运行流程

1. 服务器启动 → 初始化数据库、redis、网络层
2. 客户端连接 → Muduo 建立连接
3. 客户端发送登录 / 注册 json
4. 网络层解析消息类型 → 调用业务层
5. 业务层查询数据库 → 响应客户端
6. 聊天消息：
   • 本机在线 → 直接推送
   • 跨机在线 → redis 中转
   • 不在线 → 存入离线消息
7. 客户端退出 → 服务器更新状态为离线

四、想要学习这个项目的步骤：

第 1 步：先学公共基础 + 数据结构

1. public.hpp—— 通信协议、消息枚举（必须最先看）
2. user.hpp/groupuser.hpp/group.hpp—— ORM 实体类
3. db.h+db.cpp—— MySQL 封装（所有数据操作的基础）

第 2 步：学数据访问层 Model（纯数据库操作，无网络）

1. usermodel.hpp/cpp—— 用户表操作
2. friendmodel.hpp/cpp—— 好友关系
3. offlinemessagemodel.hpp/cpp—— 离线消息
4. groupmodel.hpp/cpp—— 群组操作

这一步学完：你懂数据库怎么存、怎么取、怎么用。

第 3 步：学网络层（只负责收发数据，不处理业务）

1. chatserver.hpp
2. chatserver.cpp

这一步学完：你懂Muduo Reactor 模型、连接、读写事件。

第 4 步：学业务核心层（最重要）

1. chatservice.hpp
2. chatservice.cpp

这一步学完：你懂登录、注册、聊天、加好友、群聊、异常处理全部逻辑。

第 5 步：学集群核心 Redis（分布式关键）

1. redis.hpp
2. redis.cpp

这一步学完：你懂跨服务器消息转发、发布订阅。

第 6 步：学入口、编译、运行

1. 服务器main.cpp
2. 客户端main.cpp
3. 所有CMakeLists.txt
4. autobuild.sh

这一步学完：你懂项目怎么编译、怎么运行、怎么部署。

第 7 步：整体串起来（跑通流程）

1. 客户端 → 服务器 → 数据库 → Redis 完整流程
2. 单机测试 → 集群测试