チャットアプリ（ソケット通信）

1. アプリ概要

LAN内でリアルタイムチャットができるアプリ。socketとthreadingモジュールで双方向通信を実装します。

このアプリは中級カテゴリに分類される実践的なGUIアプリです。使用ライブラリは tkinter（標準ライブラリ） で、難易度は ★★★ です。

このアプリは「ネットワーク」カテゴリです。ネットワーク連携は Python の代表的な活用領域で、I/O 待ちと UI 更新の関係や非同期処理の考え方が他の Web API 連携にも直接活きます。tkinter（標準ライブラリ） を活かして実装するこの構造は、他のアプリにも応用が効きます。

コードを読む前に実行することをおすすめします。動いている挙動を先に把握しておくと、解説で出てくる関数や処理がどこに対応するかが頭に入りやすくなります。

応用のヒントは、機能を 1 つ増やす・見た目を整える・例外を一つでも丁寧に扱う、のいずれかから始めるのがおすすめです。

2. 機能一覧

• 「🖥️ サーバーとして起動」ボタン（_start_server()）・「🔗 接続」ボタン（_connect_client()）・「送信」ボタン（_send_message()）・「切断」ボタン（_disconnect()）で操作
• キー <Return> から _send_message() を実行
• tk.Listbox による一覧表示（スクロールバー付き）
• messagebox.showerror() によるダイアログ通知
• ウィンドウはタイトル「チャットアプリ」・サイズ 700x560 で起動

3. 事前準備・環境

Windows 11（実機）で起動と基本操作を確認しています（全機能の網羅テストではありません）。Linux Mint 22.3（仮想マシン）では起動と画面表示を確認しました。macOS は標準ライブラリの範囲で動作する想定ですが、未検証です。

• Python 3.10 以上
• OS: Windows 11（実機で起動・基本操作を確認）・Linux Mint 22.3（仮想マシンで起動・画面表示を確認）

4. 完全なソースコード

import tkinter as tk
from tkinter import ttk, messagebox
import socket
import threading
import json
from datetime import datetime


class App17:
    """チャットアプリ（ソケット通信）"""

    DEFAULT_PORT = 55555
    BUFFER_SIZE = 4096

    def __init__(self, root):
        self.root = root
        self.root.title("チャットアプリ")
        self.root.geometry("700x560")
        self.root.configure(bg="#1a1a2e")
        self.server_socket = None
        self.client_socket = None
        self.clients = {}  # addr -> socket (server mode)
        self.nickname = "ゲスト"
        self.mode = None
        self._build_ui()
        self._show_connect_panel()

    def _build_ui(self):
        header = tk.Frame(self.root, bg="#16213e", pady=8)
        header.pack(fill=tk.X)
        tk.Label(header, text="💬 チャットアプリ（LAN通信）",
                 font=("Noto Sans JP", 14, "bold"),
                 bg="#16213e", fg="#58a6ff").pack(side=tk.LEFT, padx=12)
        self.status_badge = tk.Label(header, text="● 未接続",
                                     bg="#16213e", fg="#e74c3c",
                                     font=("Arial", 10))
        self.status_badge.pack(side=tk.RIGHT, padx=12)

        # 接続パネル
        self.connect_frame = tk.Frame(self.root, bg="#1a1a2e")

        # チャットエリア
        self.chat_frame = tk.Frame(self.root, bg="#1a1a2e")

        self.status_var = tk.StringVar(value="")
        tk.Label(self.root, textvariable=self.status_var,
                 bg="#16213e", fg="#8b949e", font=("Arial", 9),
                 anchor="w", padx=8).pack(fill=tk.X, side=tk.BOTTOM)

    def _show_connect_panel(self):
        self.chat_frame.pack_forget()
        self.connect_frame.pack(fill=tk.BOTH, expand=True)
        for w in self.connect_frame.winfo_children():
            w.destroy()

        c = tk.Frame(self.connect_frame, bg="#1a1a2e")
        c.place(relx=0.5, rely=0.35, anchor="center")

        tk.Label(c, text="💬 チャット接続設定",
                 font=("Noto Sans JP", 14, "bold"),
                 bg="#1a1a2e", fg="#58a6ff").pack(pady=10)

        form = tk.Frame(c, bg="#1a1a2e")
        form.pack()

        tk.Label(form, text="ニックネーム:",
                 bg="#1a1a2e", fg="#ccc").grid(row=0, column=0, sticky="w", pady=4)
        self.nick_var = tk.StringVar(value="ユーザー1")
        ttk.Entry(form, textvariable=self.nick_var, width=20).grid(
            row=0, column=1, padx=8)

        tk.Label(form, text="ポート:",
                 bg="#1a1a2e", fg="#ccc").grid(row=1, column=0, sticky="w", pady=4)
        self.port_var = tk.IntVar(value=self.DEFAULT_PORT)
        ttk.Entry(form, textvariable=self.port_var, width=10).grid(
            row=1, column=1, padx=8, sticky="w")

        server_frame = tk.Frame(c, bg="#1a1a2e")
        server_frame.pack(pady=10)
        ttk.Button(server_frame, text="🖥️ サーバーとして起動",
                   command=self._start_server).pack(side=tk.LEFT, padx=8)

        sep = tk.Label(c, text="───────── または ─────────",
                       bg="#1a1a2e", fg="#444")
        sep.pack()

        client_frame = tk.Frame(c, bg="#1a1a2e")
        client_frame.pack(pady=10)
        tk.Label(client_frame, text="接続先IP:",
                 bg="#1a1a2e", fg="#ccc").pack(side=tk.LEFT)
        self.host_var = tk.StringVar(value="127.0.0.1")
        ttk.Entry(client_frame, textvariable=self.host_var,
                  width=16).pack(side=tk.LEFT, padx=8)
        ttk.Button(client_frame, text="🔗 接続",
                   command=self._connect_client).pack(side=tk.LEFT)

    def _show_chat(self):
        self.connect_frame.pack_forget()
        self.chat_frame.pack(fill=tk.BOTH, expand=True)
        for w in self.chat_frame.winfo_children():
            w.destroy()

        paned = ttk.PanedWindow(self.chat_frame, orient=tk.HORIZONTAL)
        paned.pack(fill=tk.BOTH, expand=True)

        # 左: チャットログ
        left = tk.Frame(paned, bg="#0d1117")
        self.chat_text = tk.Text(left, bg="#0d1117", fg="#c9d1d9",
                                  font=("Noto Sans JP", 11),
                                  wrap=tk.WORD, state=tk.DISABLED,
                                  relief=tk.FLAT)
        sb = ttk.Scrollbar(left, command=self.chat_text.yview)
        self.chat_text.configure(yscrollcommand=sb.set)
        sb.pack(side=tk.RIGHT, fill=tk.Y)
        self.chat_text.pack(fill=tk.BOTH, expand=True)
        self.chat_text.tag_configure("self", foreground="#3fb950")
        self.chat_text.tag_configure("other", foreground="#58a6ff")
        self.chat_text.tag_configure("system", foreground="#ffa657",
                                      font=("Arial", 9))
        paned.add(left, weight=3)

        # 右: 接続中ユーザー
        right = tk.Frame(paned, bg="#161b22")
        tk.Label(right, text="参加中", bg="#0f3460", fg="#ccc",
                 pady=4, font=("Arial", 10)).pack(fill=tk.X)
        self.users_lb = tk.Listbox(right, bg="#161b22", fg="#c9d1d9",
                                    relief=tk.FLAT, font=("Arial", 10))
        self.users_lb.pack(fill=tk.BOTH, expand=True)
        paned.add(right, weight=1)

        # 入力エリア
        input_frame = tk.Frame(self.chat_frame, bg="#161b22", pady=4)
        input_frame.pack(fill=tk.X)
        self.msg_var = tk.StringVar()
        msg_entry = ttk.Entry(input_frame, textvariable=self.msg_var,
                               font=("Noto Sans JP", 11))
        msg_entry.pack(side=tk.LEFT, fill=tk.X, expand=True, padx=8)
        msg_entry.bind("<Return>", lambda e: self._send_message())
        ttk.Button(input_frame, text="送信",
                   command=self._send_message).pack(side=tk.LEFT, padx=4)
        ttk.Button(input_frame, text="切断",
                   command=self._disconnect).pack(side=tk.LEFT, padx=4)
        msg_entry.focus_set()

    def _start_server(self):
        self.nickname = self.nick_var.get() or "ホスト"
        port = self.port_var.get()
        try:
            self.server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
            self.server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
            self.server_socket.bind(("", port))
            self.server_socket.listen(10)
            self.mode = "server"
            self.status_badge.config(text=f"● サーバー (:{port})", fg="#3fb950")
            self._show_chat()
            self._log_system(f"サーバー起動: ポート {port}")
            self._log_system(f"ローカルIP: {self._get_local_ip()}")
            self.users_lb.insert(tk.END, f"  👑 {self.nickname} (あなた)")
            threading.Thread(target=self._accept_loop, daemon=True).start()
        except Exception as e:
            messagebox.showerror("エラー", str(e))

    def _connect_client(self):
        self.nickname = self.nick_var.get() or "ゲスト"
        host = self.host_var.get().strip()
        port = self.port_var.get()
        try:
            self.client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
            self.client_socket.connect((host, port))
            self.mode = "client"
            # ニックネームを送信
            self._send_raw(self.client_socket,
                           {"type": "join", "nick": self.nickname})
            self.status_badge.config(text=f"● 接続中: {host}:{port}",
                                     fg="#3fb950")
            self._show_chat()
            self._log_system(f"{host}:{port} に接続しました")
            self.users_lb.insert(tk.END, f"  👤 {self.nickname} (あなた)")
            threading.Thread(target=self._recv_loop,
                             args=(self.client_socket,), daemon=True).start()
        except Exception as e:
            messagebox.showerror("接続エラー", str(e))

    def _accept_loop(self):
        while self.mode == "server":
            try:
                conn, addr = self.server_socket.accept()
                threading.Thread(target=self._handle_client,
                                 args=(conn, addr), daemon=True).start()
            except Exception:
                break

    def _handle_client(self, conn, addr):
        nick = str(addr)
        self.clients[addr] = (conn, nick)
        try:
            while True:
                data = self._recv_raw(conn)
                if data is None:
                    break
                msg_type = data.get("type", "message")
                if msg_type == "join":
                    nick = data.get("nick", str(addr))
                    self.clients[addr] = (conn, nick)
                    self.root.after(0, self._log_system, f"✅ {nick} が参加しました")
                    self.root.after(0, self.users_lb.insert,
                                    tk.END, f"  👤 {nick}")
                    self._broadcast({"type": "system",
                                     "text": f"{nick} が参加しました"}, exclude=conn)
                elif msg_type == "message":
                    text = data.get("text", "")
                    self.root.after(0, self._log_message, nick, text, False)
                    self._broadcast({"type": "message", "nick": nick, "text": text},
                                    exclude=conn)
        except Exception:
            pass
        finally:
            del self.clients[addr]
            conn.close()
            self.root.after(0, self._log_system, f"❌ {nick} が退出しました")

    def _recv_loop(self, conn):
        while True:
            data = self._recv_raw(conn)
            if data is None:
                self.root.after(0, self._log_system, "接続が切断されました")
                break
            msg_type = data.get("type", "message")
            if msg_type == "message":
                nick = data.get("nick", "?")
                text = data.get("text", "")
                self.root.after(0, self._log_message, nick, text, False)
            elif msg_type == "system":
                text = data.get("text", "")
                self.root.after(0, self._log_system, text)

    def _broadcast(self, data, exclude=None):
        for addr, (conn, nick) in list(self.clients.items()):
            if conn != exclude:
                try:
                    self._send_raw(conn, data)
                except Exception:
                    pass

    def _send_raw(self, sock, data):
        raw = json.dumps(data, ensure_ascii=False).encode("utf-8")
        length = len(raw).to_bytes(4, "big")
        sock.sendall(length + raw)

    def _recv_raw(self, sock):
        try:
            length_data = self._recv_exactly(sock, 4)
            if not length_data:
                return None
            length = int.from_bytes(length_data, "big")
            raw = self._recv_exactly(sock, length)
            if not raw:
                return None
            return json.loads(raw.decode("utf-8"))
        except Exception:
            return None

    def _recv_exactly(self, sock, n):
        data = b""
        while len(data) < n:
            chunk = sock.recv(n - len(data))
            if not chunk:
                return None
            data += chunk
        return data

    def _send_message(self):
        text = self.msg_var.get().strip()
        if not text:
            return
        self.msg_var.set("")
        self._log_message(self.nickname, text, True)
        msg = {"type": "message", "nick": self.nickname, "text": text}
        if self.mode == "server":
            self._broadcast(msg)
        elif self.mode == "client" and self.client_socket:
            try:
                self._send_raw(self.client_socket, msg)
            except Exception as e:
                self._log_system(f"送信エラー: {e}")

    def _log_message(self, nick, text, is_self):
        self.chat_text.config(state=tk.NORMAL)
        now = datetime.now().strftime("%H:%M")
        tag = "self" if is_self else "other"
        self.chat_text.insert(tk.END, f"[{now}] {nick}: ", tag)
        self.chat_text.insert(tk.END, text + "\n")
        self.chat_text.config(state=tk.DISABLED)
        self.chat_text.see(tk.END)

    def _log_system(self, text):
        self.chat_text.config(state=tk.NORMAL)
        now = datetime.now().strftime("%H:%M")
        self.chat_text.insert(tk.END, f"[{now}] {text}\n", "system")
        self.chat_text.config(state=tk.DISABLED)
        self.chat_text.see(tk.END)

    def _disconnect(self):
        self.mode = None
        if self.client_socket:
            try:
                self.client_socket.close()
            except Exception:
                pass
        if self.server_socket:
            try:
                self.server_socket.close()
            except Exception:
                pass
        self.status_badge.config(text="● 未接続", fg="#e74c3c")
        self._show_connect_panel()

    def _get_local_ip(self):
        try:
            s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
            s.connect(("8.8.8.8", 80))
            ip = s.getsockname()[0]
            s.close()
            return ip
        except Exception:
            return "127.0.0.1"


if __name__ == "__main__":
    root = tk.Tk()
    app = App17(root)
    root.mainloop()

5. コード解説

チャットアプリ（ソケット通信）のコードを、実際に書かれている実装に沿って解説します。

6. ステップバイステップガイド

このアプリをゼロから自分で作る手順を解説します。コードをコピーするだけでなく、実際に手順を追って自分で書いてみましょう。

1. 1
   ファイルを作成する

   新しいファイルを作成して app17.py と保存します。使うのは datetime・json・socket・threading・tkinter だけなので、追加インストールは不要です。

2. 2
   クラスの骨格を作る

   App17 クラスを定義し、__init__ と、末尾の root = tk.Tk() ～ mainloop() の最小構成を書いて、まず空のウィンドウが出ることを確認します。

3. 3
   ウィンドウを設定する

   title("チャットアプリ")・geometry("700x560")・configure(bg="#1a1a2e") をコンストラクタで設定します。

4. 4
   画面部品を並べる

   _build_ui() の中で、tk.Frame×10・tk.Label×9・ttk.Entry×4・ttk.Button×4・ttk.PanedWindow・tk.Text・ttk.Scrollbar・tk.Listbox を作って配置します（掲載コードと同じ並び順で書くとレイアウトが一致します）。まず表示だけ確認しましょう。

5. 5
   イベントを接続する

   「2. 機能一覧」で挙げた各ボタンを command= で対応するメソッド（_start_server()・_connect_client()・_send_message()・_disconnect()）につなぎます。bind("<Return>", ...) の登録も忘れずに。

6. 6
   中心になるメソッドを実装する

   アプリの本体である _log_message()（8行）・_log_system()（6行）・_connect_client()（20行）など を実装します。

7. 7
   動作確認する

   python app17.py で起動し、各ボタンが反応すること・キー操作（<Return>）が効くことを確認します。

7. カスタマイズアイデア

基本機能を習得したら、以下のカスタマイズに挑戦してみましょう。少しずつ機能を追加することで、Pythonのスキルが飛躍的に向上します。

8. よくある問題と解決法

9. 練習問題

アプリの理解を深めるための練習問題です。気になるものから挑戦してみてください（課題3は定型の発展課題です）。下の2つは、同じパソコンでアプリを2つ起動し、片方を 127.0.0.1 で接続すれば確かめられます。このコードは通信を暗号化しないので、ルーターのポート開放やインターネット越しの公開はしないでください。

1. 課題1：退出した人を「参加中」から消す

   サーバー側は参加した人を users_lb に足すだけで、切れたときに取り除いていません。誰かが切断すると、ログには退出が出るのに一覧には名前が残ります。退出に合わせて行も消してください。

   期待結果：クライアント側で「切断」を押すと、サーバー側の「参加中」からその人の行が消える。

   合格条件

   • ほかの参加者の行は消えない
   • 同じ人が入り直すと、行が1つだけ増える
   • 参加者がいなくなっても、サーバー自身（👑 の行）は残る

   ヒント①（どこを触るか）: 触るのは _handle_client() の finally の1か所です。すぐ上の join の処理が手本で、self.root.after(0, self.users_lb.insert, ...) の形で追加しています。削除も同じように after 経由で呼んでください。
   ヒント②（使うもの）: Listbox には行番号を指定する delete() しかないため、self.users_lb.get(0, tk.END) で全行を取り出し、一致する位置を探します。切れた相手の名前は、finally に入る時点の nick に残っている値です。
   つまずきやすい点: 一覧の文字列は 👤 {nick} の形で、先頭に空白と絵文字が付きます。ニックネームだけで比べると一致しないので、同じ形に組み立ててから探してください。_handle_client() は接続ごとの別スレッドで動くため、Listbox を直接触るのは避けます。

2. 課題2：サーバーの「切断」でつながっている相手も切る

   _disconnect() は待ち受け用のソケットを閉じるだけで、つながっている相手の接続はそのままです。サーバー側で切断しても、クライアント側は切れたことに気づけません。全員を閉じてから接続パネルに戻してください。

   期待結果：サーバー側で「切断」を押すと、クライアント側のログに「接続が切断されました」と出る。

   合格条件

   • クライアントが1人もいないときに押しても、これまでどおり接続パネルに戻る
   • 切断したあとに、もう一度サーバーとして起動できる
   • クライアント側で「切断」を押したときの動きは変わらない

   ヒント①（どこを触るか）: 触るのは _disconnect() の1か所です。self.server_socket を閉じている前後で、self.clients に残っている接続も閉じます。中身は addr をキー、(conn, nick) を値にした辞書です。
   ヒント②（使うもの）: 相手のソケットは conn.close() で閉じます。閉じられた側では _recv_raw() が None を返し、_recv_loop() が「接続が切断されました」をログに出す作りです。
   つまずきやすい点: 辞書を回しながら閉じると、_handle_client() の finally が del self.clients[addr] を実行して中身が変わります。_broadcast() と同じく list(self.clients.items()) のコピーを回すと安全です。閉じ終えたら self.clients も空にしておいてください。

3. 課題3：クラス定数を書き換えて動きを変える

   クラス定数（DEFAULT_PORT）の中身を書き換えて、画面や動きがどう変わるかを確かめてみましょう。複数の定数が対応関係にある場合は、セットで整合させる必要がある点にも注目してください。