基于TCP/IP和UDP组播的Qt网络直播间项目

文章目录

• • 一、项目概述
  • 二、核心功能模块
  • 三、技术实现亮点
  • [四、 架构框图](#四、 架构框图)
  • [五、 音视频模块](#五、 音视频模块)
  • [六、 应用层协议](#六、 应用层协议)
  • [七、 多用户并发](#七、 多用户并发)
  • 八、总结与展望

项目源码 -> 点这里

项目演示视频 ->

一、项目概述

1. 项目名称：语音直播聊天室
2. 核心定位：基于 C/S 架构的实时互动直播平台
3. 技术架构：TCP 协议（客户端 - 服务器通信）+ UDP 协议（音视频传输）+ 数据库存储
4. 核心价值：支持多用户实时直播、互动交流，满足直播观看与社交需求

二、核心功能模块

1. 用户管理模块：注册（查重防重复）、登录（防重复登录）、注销、充值
2. 直播房间模块：创建直播间（主播权限）、加入直播间（游客权限）、房间列表刷新
3. 音视频传输模块：主播摄像头 / 麦克风采集、UDP 组播传输、游客实时接收
4. 互动功能模块：文字群聊、弹幕发送、礼物赠送（积分 / 金钱联动）
5. 列表展示模块：直播房间列表、直播间游客列表实时刷新

三、技术实现亮点

1. 协议设计：自定义协议包封装，实现数据统一传输与解析
2. 多线程支持：多客户端并发连接，独立线程处理通信逻辑
3. 数据存储：DAO 层封装，用户信息、积分等数据安全存储于数据库
4. 音视频优化：UDP 组播避免串房，视频压缩适配网络传输，音频 G.711 编码保障音质
5. 设计模式：采用抽象工厂、策略模式等，实现功能模块解耦

四、 架构框图

五、 音视频模块

音频、视频、弹幕都采用udp组播 因udp组播可分组通信，且可以在广域网上传输，而udp广播只适用于局域网

可直接移植音视频模块：请参考附件《C++项目Qt视频、音频部分整理》

六、 应用层协议

理解JSON，JS对象，QJSON的区别和联系

JSON和JS对象的概念：

为什么用JSON：

JSON和QJSON的概念？为什么在Qt中要转成QBtyeArray？

场景	数据（要寄的东西）	工具（用来写 / 读的）	发送工具（邮局 / 快递员）	必须做的事
Web 开发	用户名、年龄	JSON.stringify/parse	AJAX（邮局）	直接把 JSON 文字交给邮局，邮局收
Qt 开发	用户名、年龄	QJSON 工具包	Qt 网络模块（挑剔快递员）	先把 JSON 文字装进 QByteArray 快递袋，再给快递员

自定义协议的代码实现：

class Protocol{
public:
    enum Type{
        none,

        rgst,               //账户注册
        login,              //账户登录
        ClientExit,         //账户退出
        ClientDelete,       //账户注销
        showUserInfo,       //显示信息
        chargeMoney,        //账户充值

        RoomCreate,         //创建房间
        JoinRoom,           //加入房间
        refreshRoomList,    //房间列表
        refreshAudienceList,//游客列表
        closeRoom,          //关闭房间
        sendMsg,            //用户群聊
        backToHall,         //退出直播
        AudienceBackToHall, //退出直播
        sendGift            //送出礼物
    };

    Protocol(Type type = none):type(type){}

    void setType(Type type){this->type = type;}
    QJsonValueRef operator[](const QString& key){return m_body[key];}   //set值时返回值必须是引用或指针，否则操作的只是副本，值无法改变

    Type getType()const{return type;}
    QJsonValue operator[](const QString& key)const{return m_body[key];}

    //打包
    QByteArray pack(){
        //数据包 = head + body(可变长数据部分)
        QByteArray body = QJsonDocument(m_body).toJson();

        QByteArray head(8,0);
        //head的前四个字节为可变长数据部分的大小
        *(int*)head.data() = body.size();
        //head的后四个字节为数据包的类型(固定数据部分的大小)
        *(Type*)(head.data()+4) = type; //??

        return head+body;
    }
    //拆包
    int unpack(const QByteArray& dataPack){
        if(dataPack.isEmpty()){return 0;}

        //可边长数据部分的长度
        int len = *(int*)dataPack.data();
        if(len<=0){return 0;}

        //取出类型
        this->type = *(Type*)(dataPack.data()+4);

        //取出可边长数据部分
        QByteArray body = dataPack.mid(8,len);
        //保存到json类里
        m_body = QJsonDocument::fromJson(body).object();

        return 8+len;
    }

private:
   Type type;
   QJsonObject m_body;
};

七、 多用户并发

7.1 代码中 "多用户并发" 的核心实现逻辑

项目基于 Qt 的事件循环机制（而非多线程），通过 "为每个客户端创建独立套接字 + 独立消息处理对象"，实现多用户同时连接与通信，具体流程如下：

1. 服务端：为每个客户端分配独立套接字（关键代码：Server_w1.cpp）

当新客户端连接时，服务端通过QTcpServer的newConnection()信号触发newConnection_slot()，为每个客户端创建独立的QTcpSocket对象 ，并将其存入SockContainer容器管理：

// Server_w1.cpp 核心代码
void Server_w1::newConnection_slot(){
    // 为新客户端创建独立套接字
    QTcpSocket* tcpSocket = tcpServer->nextPendingConnection();
    // 将套接字存入单例容器（SockContainer），避免内存泄漏
    SockContainer* sockContainer = SockContainer::getInstance();    
    sockContainer->insertInto_SockContainer(tcpSocket); 
    // 为该套接字创建独立的消息处理器（SockHandle）
    new SockHandle(this,tcpSocket); 
}

• 关键作用：每个客户端的通信通过 "专属套接字" 完成，不同客户端的数据流互不干扰，是并发的基础。

2. 独立消息处理：SockHandle类隔离客户端请求（关键代码：SockHandle.cpp）

为每个客户端的QTcpSocket创建独立的SockHandle对象，通过readyRead()信号（Qt 事件驱动）处理该客户端的消息，避免多用户请求相互阻塞：

// SockHandle.cpp 核心代码
SockHandle::SockHandle(QObject* parent,QTcpSocket* tcpSocket)
    :QObject(parent),tcpSocket(tcpSocket)
{
    // 绑定"客户端发消息"信号到专属处理槽函数
    connect(tcpSocket,SIGNAL(readyRead()),this,SLOT(readyRead_slot()));
}

void SockHandle::readyRead_slot(){
    QByteArray byte = tcpSocket->readAll(); // 仅读取当前客户端的数据流
    Protocol dataPack;
    if(dataPack.unpack(byte) >0){
        // 为当前客户端的请求分配独立处理器（DataPack_Handle）
        DataPack_Handle* handle = new DataPack_Handle;
        handle->strategy(tcpSocket,dataPack); // 处理当前客户端的业务（注册/登录/进房等）
        delete handle;
    }
}

• 关键逻辑 ：每个SockHandle仅关联一个客户端的套接字，readyRead_slot()只处理该客户端的消息，通过 Qt 的事件循环机制，实现 "多客户端请求的并行处理"（本质是事件的异步调度，而非 CPU 多线程并行）。

3. 广播机制：支持多客户端同步接收消息（关键代码：RoomManage.cpp）

当需要向多客户端同步消息（如刷新房间列表、同步聊天记录）时，通过SockContainer遍历所有客户端套接字，逐一发送消息，确保多用户同时接收：

// RoomManage.cpp 刷新房间列表核心代码
void RoomManage::refreshRoomList(){
    RoomContainer* roomSingle = RoomContainer::getInstance();
    SockContainer* sockSingle = SockContainer::getInstance();
    QVector<QTcpSocket*> allSockets = sockSingle->get_allSockets(); // 获取所有在线客户端套接字
    
    Protocol dataPack2(Protocol::refreshRoomList);
    // 打包所有房间名到协议包
    int count = 0;
    for(auto& room : roomSingle->get_allRooms()){
        dataPack2[QString::number(count++)] = room.get_roomName();
    }
    
    // 向所有客户端发送刷新指令（并发同步）
    for(auto& sock : allSockets){
        sock->write(dataPack2.pack());
    }
}

• 效果：多客户端可同时收到 "房间列表更新""弹幕""礼物提示" 等消息，实现并发场景下的同步交互。

7.2 与 "多线程" 的区别：事件驱动 vs 多线程并行

你的项目确实没有使用多线程，但通过 Qt 的事件循环实现了 "伪并发"，二者核心差异如下：

对比维度	你的项目（事件驱动）	多线程实现（如QThread）
核心原理	基于 Qt 事件循环，异步调度多个客户端的事件（如readyRead），同一时间仅处理一个事件，但切换速度快，感知不到阻塞	基于 CPU 多线程，为每个客户端 / 任务分配独立线程，真正实现并行处理
资源占用	低（无需创建多线程栈、线程调度开销）	高（每个线程占用独立内存栈，线程切换有 CPU 开销）
代码复杂度	低（无需处理线程同步、互斥锁等问题）	高（需解决线程安全、资源竞争，如数据库连接互斥）
适用场景	轻量级并发（如 10-50 个客户端，无密集计算）	高并发、密集计算场景（如百级以上客户端、音视频编解码）

总结：你的项目通过 "事件驱动 + 独立套接字 + 异步处理"，在不使用多线程的情况下，满足了中小型规模的多用户并发需求，且避免了多线程带来的复杂度（如线程安全问题）。

7.3 当前实现的优势与潜在局限

1. 优势：轻量、稳定、易维护

• 无需处理多线程同步问题（如数据库连接冲突、容器访问竞争），代码故障率低；
• 资源占用少，适合轻量级直播场景（如几十人同时在线）；
• 基于 Qt 原生事件机制，兼容性好，跨平台部署简单。

2. 潜在局限：高并发下的性能瓶颈

当客户端数量大幅增加（如超过 100 个）或存在密集型操作（如高清音视频编码）时，单线程事件循环可能出现瓶颈：

• 所有客户端的消息处理都在主线程事件循环中调度，若某个请求处理耗时较长（如复杂数据库查询），会阻塞其他客户端的消息；
• 音视频传输通过 UDP 组播优化，但消息分发（如遍历所有套接字发送刷新指令）的效率会随客户端数量增加而下降。

7.4 若需提升并发能力：可选的优化方向（基于现有代码扩展）

若后续需要支持更多用户，可在现有架构基础上，局部引入多线程（无需重构整体代码），例如：

1. 业务处理线程池 ：将DataPack_Handle::strategy()的业务逻辑（如注册登录、送礼积分计算）放入QThreadPool，避免耗时操作阻塞主线程；
2. 音视频独立线程：将主播端的音视频采集、编码放入独立线程，避免音视频处理占用主线程资源；
3. 数据库操作异步化 ：使用QtConcurrent::run()将数据库查询 / 更新（如MyDB::createConnection()后的 SQL 执行）放入后台线程，避免 IO 等待阻塞主线程。

这些优化可在不破坏现有 "事件驱动 + 独立套接字" 架构的前提下，提升高并发场景下的稳定性。

八、总结与展望

1. 项目亮点：跨协议协同、多用户并发支持、完整互动闭环
2. 优化方向：界面美化、音视频延迟优化、更多互动玩法扩展
3. 应用场景：在线直播、远程互动、兴趣社群交流