iOS 网络编程：socket

1 Socket基础

在IOS中，根据不同的语言环境可以使用不同的方法来创建socket连接。

1) 在Objective-C语言环境使用NSStream类API

＊如果知道远程主机的DNS或者是IP地址，那么可以使用CFStreamCreatePairWithSocketToHost 或者函数 CFStreamCreatePairWithSocketToCFHost创建core foundation的连接，然后将CFStream对象toll-free bridged转换为NSStream 对象。
＊也可以传递给CFStreamCreatePairWithSocketToNetService函数一个CFNetServiceRef对象，来创建一个到Bonjour 服务器上的连接。

2) 在C语言环境使用CFStream类API

可以使用低级别的CFStream API来创建socket连接，这种方式与NSStream API的使用方式一样，也是通过三个函数来创建与远程主机的socket连接：CFStreamCreatePairWithSocketToHost 、CFStreamCreatePairWithSocketToCFHost或CFStreamCreatePairWithSocketToNetService。只是不需要将其转换为NSStream 对象，其使用方式与第1种类似。

3) 在跨平台环境使用POSIX调用

也可以使用POSIX类型的socket连接，但是如果在OS X 和iOS系统中，应避免使用这种方式，因为其使用方式非常繁琐。特别是不要在GUI主线程中使用同步方式的POSIX连接，因为这样会影响用户体验。

2 BSD Socket

2.1 简介

UNIX内核加入TCP/IP协议的时候，便在系统中引入了一种新的IO操作，只不过由于网络连接的不可靠性，所以网络IO比本地设备的IO复杂很多。这一系列的接口叫做BSD Socket API，当初由伯克利大学研发，最终成为网络开发接口的标准。网络通信从本质上讲也是进程间通信，只是这两个进程一般在网络中不同计算机上。

由于本文重点是讨论IOS的socket编程，并且Apple官网也不推荐使用BSD socket编程，所以这里只稍微纪录，若需详细研究可以参考《UNIX网络编程卷1：套接字联网API（第3版）》和另一篇笔记《Socket知识整理》。

2.2 基本程序

socket连接由TCP和UDP两种类型，而TCP的使用频率较高，下面参考《UNIX网络编程卷1：套接字联网API（第3版）》的基本TCP连接图，实现一个简单的例子，其中这个例子是UNIX程序，即在MAC系统中也可正确执行。

图 21 基本TCP客户端/服务器socket连接图

2.2.1 Client端程序

2.2.2 Server端程序

1 #include <stdio.h>
2 #include <netinet/in.h>
3 #include <sys/socket.h>
4 #include <arpa/inet.h>
5 #include <string.h>
6
7 int main (int argc, const char * argv[])
8 {
9     struct sockaddr_in server_addr;
10     server_addr.sin_len = sizeof(struct sockaddr_in);
11     server_addr.sin_family = AF_INET;//Address families AF_INET互联网地址簇
12     server_addr.sin_port = htons(11332);
13     server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
14     bzero(&(server_addr.sin_zero),8);
15
16     //创建socket
17     int server_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);//SOCK_STREAM 有连接
18     if (server_socket == -1) {
19         perror("socket error");
20         return 1;
21     }
22
23     //绑定socket：将创建的socket绑定到本地的IP地址和端口，此socket是半相关的，只是负责侦听客户端的连接请求，并不能用于和客户端通信
24     int bind_result = bind(server_socket, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr));
25     if (bind_result == -1) {
26         perror("bind error");
27         return 1;
28     }
29
30     //listen侦听第一个参数是套接字，第二个参数为等待接受的连接的队列的大小，在connect请求过来的时候,完成三次握手后先将连接放到这个队列中，直到被accept处理。如果这个队列满>了，且有新的连接的时候，对方可能会收到出错信息。
31     if (listen(server_socket, 5) == -1) {
32         perror("listen error");
33         return 1;
34     }
35
36     struct sockaddr_in client_address;
37     socklen_t address_len;
38     int client_socket = accept(server_socket, (struct sockaddr *)&client_address, &address_len);
39     //返回的client_socket为一个全相关的socket，其中包含client的地址和端口信息，通过client_socket可以和客户端进行通信。
40     if (client_socket == -1) {
41         perror("accept error");
42         return -1;
43     }
44
45     char recv_msg[1024];
46     char reply_msg[1024];
47
48     while (1) {
49         bzero(recv_msg, 1024);
50         bzero(reply_msg, 1024);
51
52         printf("reply:");
53         scanf("%s",reply_msg);
54         send(client_socket, reply_msg, 1024, 0);
55
56         long byte_num = recv(client_socket,recv_msg,1024,0);
57         recv_msg[byte_num] = '\0';
58         printf("client said:%s\n",recv_msg);
59
60     }
61
62     return 0;
63 }

3 NSStream Socket

3.1 Cocoa Streams

3.1.1 NSStream相关类

Cocoa Streams包含三个相关的类： NSStream、NSInputStream 和NSOutputStream。

NSStream：是个抽象类，定义了一些基本属性和方法；
NSInputStream：是NSStream的子类，可通过它从NSData、File和socket中读取数据流；
NSOutputStream：也是NSStream的子类，可通过它将数据流写入NSData、File和socket。

图 31 NSInputStream和NSOutputStream数据转换图

3.1.2 NSStreamDelegate

还可以给stream对象设置Delegate（NSStreamDelegate），如果没有精确了给stream指定Delegate，那么默认将Delegate设置为其自己。

NSStreamDelegate只有一个方法：

- (void)stream:(NSStream *)aStream handleEvent:(NSStreamEvent)eventCode;

NSStreamEvent有多种类型，主要的是NSStreamEventHasBytesAvailable，表示已经可以从输入stream对象中读取数据了，或是写入的数据已经被接收了。

3.1.3 与CFStream比较

NSStream是基于CFStream创建的，所以可以将NSInputStream 和NSOutputStream转换为CFWriteStream 和CFReadStream。虽然NSStream和CFStream非常相似，但是它们仍有所不同，NSStream是Cocoa API，它是通过设置delegate类实现异步行为；而CFStream是Core Foundation API，它是通过设置回调函数来实现异步的行为。

3.2 通过NSInputStream 读数据

在Cocoa中，通过NSInputStream对象读数据，可以分为如下步骤完成：

a) 从数据源创建和初始化一个NSInputStream对象；

b) 配置run loop，并打开stream对象；

c) 响应NSInputStream事件（NSStreamDelegate）；

d) 关闭NSInputStream对象。

如下例子是打开一个Document目录下的文件"theFile.txt"，该文件预先创建好的。

1 - (void)viewDidLoad {
2 [super viewDidLoad];
3     NSArray *document = NSSearchPathForDirectoriesInDomains(NSDocumentDirectory, NSUserDomainMask, true);
4     NSString *myDocPath = [document objectAtIndex:0];
5     NSString* fileName = [myDocPath stringByAppendingPathComponent:@"theFile.txt"];
6
7     [self setUpStreamForFile:fileName];
8 }
9
10 - (void)setUpStreamForFile:(NSString *)path { //自定义方法，初始化input Stream，并启动读文件
11     NSInputStream *iStream = [[NSInputStream alloc] initWithFileAtPath:path];
12     [iStream setDelegate:self];
13     [iStream scheduleInRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
14     [iStream open];
15 }
16 - (void)stream:(NSStream *)stream handleEvent:(NSStreamEvent)eventCode { //实现协议方法，响应事件。
17     NSMutableData *_data;
18     switch(eventCode) {
19         case NSStreamEventHasBytesAvailable:
20         {
21             uint8_t buf[1024];
22             unsigned int len = 0;
23 len = [(NSInputStream *)stream read:buf maxLength:1024];    //当有可读数据时，才开始读。
24 printf("%s\n",buf);
25              break;
26         }
27         case NSStreamEventEndEncountered:
28         {
29             [stream close];
30             [stream removeFromRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
31             stream = nil;
32             break;
33         }
34     }
35 }

3.3 通过NSOutputStream写数据

在Cocoa中，通过NSOutputStream对象写数据，可以分为如下步骤完成：

a) 从数据源创建和初始化一个NSOutputStream对象；

b) 配置run loop，并打开stream对象；

c) 响应NSOutputStream事件（NSStreamDelegate）；

d) 关闭NSOutputStream对象。

如下例子是打开一个Document目录下的文件"theFile.txt"，并将数据写入该文件中。

1 - (void)viewDidLoad {
2     [super viewDidLoad];
3     NSArray *document = NSSearchPathForDirectoriesInDomains(NSDocumentDirectory, NSUserDomainMask, true);
4     NSString *myDocPath = [document objectAtIndex:0];
5     NSString* fileName = [myDocPath stringByAppendingPathComponent:@"theFile.txt"];
6
7     [self createOutputStream:fileName];
8 }
9
10 - (void)createOutputStream:(NSString *)path
11 {
12     NSOutputStream* oStream = [[NSOutputStream alloc] initToFileAtPath:path append:true];
13     [oStream setDelegate:self];
14     [oStream scheduleInRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
15     [oStream open];
16 }
17
18 - (void)setUpStreamForFile:(NSString *)path {
19     NSInputStream *iStream = [[NSInputStream alloc] initWithFileAtPath:path];
20     [iStream setDelegate:self];
21     [iStream scheduleInRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
22     [iStream open];
23 }
24 - (void)stream:(NSStream *)stream handleEvent:(NSStreamEvent)eventCode
25 {
26     NSOutputStream *oStream = stream;
27     switch(eventCode) {
28         case NSStreamEventHasSpaceAvailable:
29         {
30             uint8_t buf[]="hello my lover";
31             unsigned int len = strlen(buf)+1;
32             [oStream write:(const uint8_t *)buf maxLength:len];
33             [oStream close];
34             break;
35         }
36         case NSStreamEventEndEncountered:
37         {
38             [stream removeFromRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
39             oStream = nil;
40             break;
41         }
42     }
43 }

3.4 建立socket stream

3.4.1 实现原理

由于NSStream类不支持在IOS平台上创建socket连接，而CFStream支持在IOS平台的socket行为。所以若知道远程主机的DNS或者是IP地址，可以使用CFStreamCreatePairWithSocketToHost函数来创建socket连接，通过该函数创建了CFStream类型为全双工的socket连接，接着可以利用toll-free bridge，将CFStream对象转换为NSStream对象。

CFStreamCreatePairWithSocketToHost函数是基于TCP协议创建的socket连接，其函数原型是：

void CFStreamCreatePairWithSocketToHost(CFAllocatorRef alloc, CFStringRef host, UInt32 port, CFReadStreamRef *readStream, CFWriteStreamRef *writeStream);

通过NSStream对象进行Socket通信，与通过NSStream进行IO操作的步骤基本一样：

a) 创建NSStream对象，通过CFStreamCreatePairWithSocketToHost函数创建CFReadStreamRef 和CFWriteStreamRef 对象；继而将两者转换为NSInputStream 和NSOutputStream 对象；

b) 配置run loop，并打开NSInputStream 和NSOutputStream对象；

c) 响应事件，在Delegate中响应不同的信号；

d) 关闭NSStream对象。

3.4.2 示例

如下是由NSStream实现的socket client，其中socket server可以使用2章节的例子配合测试。实现的功能是进行client和server消息的收发。

1 - (void)viewDidLoad { //该方法是IOS的入口方法。
2     [super viewDidLoad];
3     NSString *urlStr = [NSString stringWithFormat:@"127.0.0.1"]；
4     [self searchForSite:urlStr];
5 }

1 - (IBAction)searchForSite:(NSString *)urlStr //该方法实现的功能是创建socket连接，并启动对socket描述符进行监听。
2 {
3         CFReadStreamRef readStream;
4         CFWriteStreamRef writeStream;
5         //该方法就是通过CFStream创建的socket连接
6         CFStreamCreatePairWithSocketToHost(NULL, (__bridge CFStringRef)urlStr, 11332, &readStream, &writeStream);
7
8         NSInputStream *inputStream = (__bridge_transfer NSInputStream *)readStream;     //实现转换
9         NSOutputStream *outputStream = (__bridge_transfer NSOutputStream *)writeStream;//实现转换
10
11         [inputStream setDelegate:self];  //设置代理
12         [outputStream setDelegate:self];
13
14         [inputStream scheduleInRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
15         [outputStream scheduleInRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
16
17         [inputStream open];
18         [outputStream open];
19
20         /* Store a reference to the input and output streams so that they don't go away.... */
21     }
22 }

1 - (void)stream:(NSStream *)stream handleEvent:(NSStreamEvent)eventCode //该方法是NSStreamDelegate协议方法，对事件的响应方法
2 {
3     switch(eventCode) {
4         case NSStreamEventHasSpaceAvailable:   //可写的事件响应处理
5         {
6             NSOutputStream *oStream = stream;//因NSStream不能调用write方法，故需强制转换为NSOutputStream。
7             uint8_t buf[]="hello socket";
8             unsigned int len = strlen(buf)+1;
9             [oStream write:(const uint8_t *)buf maxLength:len];
10             break;
11         }
12         case NSStreamEventEndEncountered:  //结束事件
13         {
14             [stream close];
15             [stream removeFromRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
16             stream = nil; // stream is ivar, so reinit it
17             break;
18         }
19         case NSStreamEventNone:
20         {
21             break;
22         }
23         case NSStreamEventOpenCompleted:  //打开完成事件
24         {
25             NSLog(@"NSStreamEventOpenCompleted");
26             break;
27         }
28         case NSStreamEventErrorOccurred:  //错误发生事件
29         {
30             NSError *theError = [stream streamError];
31             NSLog(@"Error %i: %@", [theError code], [theError localizedDescription]);
32             [stream close];
33             break;
34         }
35         case NSStreamEventHasBytesAvailable:  //可读的事件响应处理
36         {
37             NSMutableData *_data;
38             uint8_t buf[1024];
39             unsigned int len = 0;
40             len = [(NSInputStream *)stream read:buf maxLength:1024];
41             if(len) {
42                 [_data appendBytes:(const void *)buf length:len];
43                 printf("%s\n",buf);
44             } else {
45                 NSLog(@"no buffer!");
46             }
47             break;
48         }
49     }
50 }

4 参考文献

[1] Stream Programming Guide.

[2] Networking Programming Topics

posted @ 2016-05-08 11:16 xiuneng 阅读(3926) 评论(0) 编辑收藏举报

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