iOS 网络编程socket

Posted 2021-04-25 一木巳水

一、概念

首先，理清一些概念

TCP/IP和UDP，HTTP协议，Socket

1.TCP/IP和UDP，是网络中比较底层的协议，平时的网络连接基本都离不开这两个协议，其中

1) TCP：面向连接的传输控制协议：

建立连接，形成传输数据的通道（建立连接的三次握手，断开连接的四次握手）。

在连接中进行大数据传输，数据大小不受限制。

通过三次握手完成连接，是可靠协议，数据安全送达。

必须建立连接，效率会稍低。

2) UDP：面向无连接的用户数据报协议：

只管发送，不确认对方是否接收到。

不需要建立连接，将数据及源和目的封装成数据包中，每个数据报的大小限制在 64K 之内。

因为无需连接，因此是不可靠协议。

不需要建立连接，速度快。

应用场景：多媒体教室／网络流媒体。

2.HTTP 协议即超文本传送协议，是建立在 TCP /IP 协议之上的一种应用，主要解决如何包装数据。

HTTP协议详细规定了浏览器与服务器之间相互通信的规则，是万维网交换信息的基础。

HTTP是基于请求-响应形式并且是短连接，并且是无状态的协议。

HTTP 连接最显著的特点是客户端发送的每次请求都需要服务器回送响应，在请求结束后，会主动释放连接。从建立连接到关闭连接的过程称为 “一次连接”。

Socket连接是长连接，理论上客户端和服务器端一旦建立连接将不会主动断开此连接，表现为持续连接，服务端可主动将消息推送给客户端。

Socket虽然能够实现网络通信，但实际上只是对 TCP/IP 协议的封装，本身并不是协议，而是一个调用接口（API），是应⽤层与运输层 TCP/IP 协议族通信的中间软件抽象层，通过调用socket的接口，我们就能使用TCP/IP协议。

PS:关于Socket的类型描述放在最后

二、ios平台的Socket编程

（一）BSDSocket

Socket一开始是使用纯C编写的，是可以跨平台的，UNIX最底层的Socket是基于BSDSocket的，而苹果的系统底层便是基于UNIX，因此也支持BSDSocket。BSDSocket主要通过一些函数实现Socket连接和数据的读写，swift和OC同样可以使用这些方法，只要import了相应的头文件，但是要实现跨平台的Socket，底层最好还是直接使用C/C++来实现Socket连接

BSDSocket最基本的几个接口函数如下：

1）创建Socket并指定使用的协议（TCP或UDP）

int server = socket(int32 addressFamily, int32 type,int32 protocol)

在创建成功之后，可通过这个函数设置Socket 的选项，即socket的属性，包括端口重用，收发数据时延等。

int err= setsockopt(SOCKET s,int level,int optname,const char* optval,int optlen);

int err=bind(int socketFileDescriptor,sockaddr *addressToBind,int addressStructLength)

PS：以上两个函数是建立socket连接必不可少 的，无论是TCP还是UDP的C/S（即服务端和客户端）程序架构的socket连接都要先通过以上两步建立Socket。

3）在绑定好之后，根据选定的协议，若是UDP，则可以直接进行数据传输，以下是发送和接收接口

int err=sendto(int socketFileDescriptor,char *buffer, int bufferLength, intflags, sockaddr *destinationAddress, int destinationAddressLength)

int err=recvfrom(int socketFileDescriptor,char *buffer, int bufferLength, intflags, sockaddr *fromAddress, int*fromAddressLength)

4）若是TCP协议，则服务端还要进行监听客户端连接请求，连接客户端之后，才能进行数据传输

服务端

监听连接请求

int err=listen(int socketFileDescriptor, int backlogSize)

socket() 函数创建的 socket 默认是一个主动类型的，listen() 函数将 socket 变为被动类型的，等待客户的连接请求。

接收连接请求

int peerSocket = accept(int socketFielDescriptor, sockaddr *clientAddress, int clientAddressStructLength)

数据传输

发送，接收接口，第一个参数都是客户端的socket文件描述符peerSocket

int len=send(int socketFileDescriptor, char*buffer, int bufferLength, int flags)

int len=recv(int socketFileDescriptor, char*buffer, int bufferLength, int flags)

最后关闭连接

int close(int socketFileDescriptor)

客户端

不需要监听，直接连接到指定的服务器IP和端口 

客户端不需要指定打开的端口，通常临时的、动态的分配一个1024以上的端口。

int err = connect(int socketFileDescriptor,sockaddr *serverAddress, int serverAddressLength)

数据传输

发送，接收接口，第一个参数都是客户端的socket文件描述符

int len=send(int socketFileDescriptor, char*buffer, int bufferLength, int flags)

int len=recv(int socketFileDescriptor, char*buffer, int bufferLength, int flags)

最后关闭连接

int close(int socketFileDescriptor)

注意

这里的accept(),recv(),send(),recvfrom(),sendto()几个接口函数都是阻塞式的，即运行时会阻塞当前线程，因此实际开发中需要另外开辟线程执行这些函数。根据执行结果再回到主线程进行数据更新。

完整的UDP连接示意图

完整的TCP连接示意图

（二）CFSocket

iOS官方给出的CFSocket，存在于CoreFoundation框架中，使用纯C语言实现，同样可以实现跨平台应用，它是基于BSDSocket进行抽象和封装的，CFSocket 中包含了少数开销，它几乎可以提供 BSD sockets 所具有的一切功能，并且把 socket 集成进一个“运行循环”RunLoop中。

Core Foundation框架是一组C语言接口，它们为iOS应用程序提供基本数据管理和服务功能

群体数据类型 (数组、集合等)、程序包、字符串管理、日期和时间管理、原始数据块管理、偏好管理、URL及数据流操作、线程和RunLoop、端口和soket通讯

RunLoop 实际上就是一个对象，这个对象管理了其需要处理的事件和消息，并提供了一个入口函数来执行上面事件循环的逻辑。线程执行了这个函数后，就会一直处于这个函数内部 "接受消息->等待->处理" 的循环中，直到这个循环结束，函数返回。

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CFSocket实现流式Socket（基于TCP）的过程如下：（CFSocekt 用于建立连接，CFStream 用于读写数据）

这里我使用OC实现，用swift还需要转化指针，代码过于复杂。

服务端

1）创建socket，这里

CFSocketRef socket_server = CFSocketCreate(kCFAllocatorDefault, PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP, kCFSocketAcceptCallBack//触发类型,TCPServerAcceptCallBack,NULL);

TCPServerAcceptCallBack是一个回调函数，在参数中触发类型代表的事件活跃时触发

具体的回调事件触发类型enumCFSocketCallBackType{ 

kCFSocketNoCallBack =0,//表示不需要回调函数，回调函数的参数直接设置为NULL

kCFSocketReadCallBack =1,  kCFSocketAcceptCallBack =2,（常用）  kCFSocketDataCallBack =3,  kCFSocketConnectCallBack =4,  kCFSocketWriteCallBack =8};

根据需要设置端口重用

_Bool reused = YES;

setsockopt(CFSocketGetNative(_socket_server), SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (const void *)&reused, sizeof(reused));

2）绑定本地IP和端口到Socket

struct sockaddr_in Socaddr;

memset(&Socaddr, 0, sizeof(Socaddr));

Socaddr.sin_len=sizeof(Socaddr);

Socaddr.sin_family=AF_INET;

Socaddr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;

Socaddr.sin_port=CFSwapInt16(1235);//设置端口，这里任意取的

CFDataRef dataaddr=CFDataCreate(kCFAllocatorDefault, (UInt8*)&Socaddr, sizeof(Socaddr));

CFSocketError err=CFSocketSetAddress(_socket_server, dataaddr);

CFRelease(dataaddr);

由于Core Foundation的对象不属于ARC的管理范畴，所以需要自己release。

3）获取当前线程的runloop并把服务端Socket加入到RunLoop中，启动RunLoop。

这里实际上封装了listen和accept，因此同样会产生阻塞，需要另外开辟线程。

CFRunLoopRef runLoopRef = CFRunLoopGetCurrent();

CFRunLoopSourceRef sourceRef = CFSocketCreateRunLoopSource(kCFAllocatorDefault, _socket_server, 0);

CFRunLoopAddSource(runLoopRef, sourceRef, kCFRunLoopCommonModes);

CFRelease(sourceRef);

CFRunLoopRun();

如上面1）中所述，回调函数TCPServerAcceptCallBack会在某些事件触发时自动执行，这里我们要自己设计函数体，在客户端接入之后进行相应操作，回调函数的参数是有固定要求的，但函数名可自定义，具体如下：

void TCPServerAcceptCallBack(CFSocketRef socket,CFSocketCallBackType type,CFDataRef address,const void *data,void *info)

根据参数type是否等于kCFSocketAcceptCallBack，即可确定是客户端连接成功

CFSocketNativeHandle nativeHanldle = *(CFSocketNativeHandle*)data;//*去引用

getpeername(nativeHanldle, (struct sockaddr * )name , &namelen)

创建对应客户端socket的输入输出流

void CFStreamCreatePairWithSocket(CFAllocatorRef alloc, CFSocketNativeHandle sock, CFReadStreamRef *readStream, CFWriteStreamRef *writeStream);

客户端

客户端相对简单很多，直接创建对应服务端的IP和端口的Socket，并创建对应的输入输出流

NSString * server = @"192.168.8.39";

CFStreamCreatePairWithSocketToHost(NULL, (__bridge CFStringRef)server, 12435, &readStream, &writeStream);

判断此时的readStream和writeStream是否都不等于NULL，若是则创建成功

后续的流的操作，客户端和服务端是相同的

流管理

首先我们要对NSStream熟悉一下，它是属于Cocoa框架中的流对象，Cocoa是苹果的面向对象开发框架，Cocoa中的流对象与Core Foundation中的流对象是对应的。因此我们可以通过toll-free桥接方法来进行相互转换。NSStream、NSInputStream和NSOutputStream分别对应CFStream、CFReadStream和CFWriteStream。

我们要做的就是继承协议NSStreamDelegate，将CFStream转化为对应的NSStream并加入到RunLoop，打开流

NSInoutstream* instream；

NSOutputStream * outstream;

self.instream = (__bridge NSInputStream*)readStreamRef;

self.outstream = (__bridge NSOutputStream*) writeStreamRef;

[self.instream setDelegate:selfClass];

[self.outstream setDelegate: selfClass];

[self.instream scheduleInRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];

[self.outstream scheduleInRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];

[self.instream open];

[self.outstream open];

实现协议方法

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

在这个函数中可以根据下面