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使用GCDAsyncSocket过程中对Socket的总结

2018-07-11  本文已影响106人  CyanCricket

一,前言

前段时间一直在开发并维护一个关于收银系统的项目,其中使用了CocoaAsyncSocket.framework这一类库,着重使用的是该类库里面的GCDAsyncSocket类。这里做个梳理。

该类是socket套接字的封装，可用与iOS平台的socket开发。第一次接触socket要始于大学时候了，也仅了解这么一个东西（那什么，出来混总是要还的)......

二，认识Socket

要了解Socket,有些东西想必是绕不过去的...... 0_0

2.1，socket所在的位置

在七层网络模型中的位置：socket是连接应用层与传输层之间的桥梁
著名的网络七层从下往上依次是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。


七层网络模型

2.2，概念

TCP/IP是传输层协议，主要解决数据如何在网络中传输；
HTTP是应用层协议，主要解决如何包装数据；

其实我们在传输数据的时候，可以只使用传输层，数据同样能到达接收方，但是那样的话由于没有应用层，便无法识别数据内容，那传输的数据就没有意义了，要使传输有意义，则就必须使用应用层协议。

应用层协议很多，有HTTP、FTP、TELNET、等等，或者自己定义应用层协议。WEB使用HTTP作为传输层协议，用来封装HTTP文本信息，然后使用TCP/IP做传输协议将它发送到网络上。

Socket是对TCP/IP协议的封装，Socket本身并不是协议，而是一个调用接口（API），通过Socket我们可以使用TCP/IP协议。

2.3，HTTP协议

HTTP协议就是超文本传输协议，属于应用层面向对象的协议，常基于TCP连接方式，建立在TCP协议上的一种应用，是web联网的基础，也是手机应用终端常用的协议。

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返回响应，在请求结束之后，会主动释放连接，俗称“短连接”，从建立连接到关闭连接的过程称为“一次连接”。

由于HTTP在每次请求结束后都会主动释放连接，因此HTTP连接是一种“短连接”，要保持客户端程序的在线状态，需要不断地向服务器发起连接请求。通常的 做法是即时不需要获得任何数据，客户端也保持每隔一段固定的时间向服务器发送一次“保持连接”的请求，服务器在收到该请求后对客户端进行回复，表明知道客 户端“在线”。若服务器长时间无法收到客户端的请求，则认为客户端“下线”，若客户端长时间无法收到服务器的回复，则认为网络已经断开。

2.4，TCP协议

TCP协议是传输控制协议，提供面向连接，可靠地字节流服务，提供超时重发，丢弃重复数据，检验数据，流量控制等功能。在正式收发数据前，必须建立可靠的连接，即“三次握手”。

三次握手：
第一次握手：客户端发送syn包（syn=j）到服务器，并进入SYN_SEND状态，等待服务器确认；
第二次握手：服务器收到syn包，必须确认客户的SYN（ackj+1）,同时自己也发送一个SYN包（syn=k）,即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态；
第三次握手：客户端收到服务器的SYN+ACK包，向服务器发送确认包ACK（ack=k+1）,此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手。

四次挥手：
第一次挥手：数据传输结束以后，客户端的应用进程发出连接释放报文段，并停止发送数据，其首部：FIN=1,seq=u。
第二次挥手：服务器端收到连接释放报文段之后，发出确认报文，其首部：ack=u+1,seq=v。此时本次连接就进入了半关闭状态，客户端不再向服务器发送数据。而服务器端仍会继续发送。
第三次挥手：若服务器已经没有要向客户端发送的数据，其应用进程就通知服务器释放TCP连接。这个阶段服务器所发出的最后一个报文的首部应为：FIN=1,ACK=1,seq=w,ack=u+1。
第四次挥手：客户端收到连接释放报文段之后，必须发出确认：ACK=1,seq=u+1,ack=w+1。 再经过2MSL(最长报文端寿命)后，本次TCP连接真正结束，通信双方完成了他们的告别。
在这个过程中，通信双方的状态如下图，其中：ESTAB-LISHED：连接建立状态、FIN-WAIT-1：终止等待1状态、FIN-WAIT-2：终止等待2状态、CLOSE-WAIT：关闭等待状态、LAST-ACK：最后确认状态、TIME-WAIT：时间等待状态、CLOSED：关闭状态

2.5，UDP协议

用户数据报协议，面向非连接，不保证可靠性的数据传输服务，没有超时重发等机制，故而传输速度很快。

三，Socket的原理

3.1，Socket概念

Socket(套接字)是通信的基石，是支持TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。包含进行网络通信的必须的五种信息：双方连接使用的协议、本地主机IP地址，本地进程的协议端口、远地主机的IP地址、远地进程的协议端口。

3.2，建立一个socket连接

套接字之间的连接过程分为三个步骤：服务器监听，客户端请求，连接确认。

  • 服务器监听：服务器端套接字并不定位具体的客户端套接字，而是处于等待连接的状态，实时监控网络状态，等待客户端的连接请求。
  • 客户端请求：指客户端的套接字提出连接请求，要连接的目标是服务器端的套接字。为此，客户端的套接字必须首先描述它要连接的服务器的套接字，指出服务器端套接字的地址和端口号，然后就向服务器端套接字提出连接请求。
  • 连接确认：当服务器端套接字监听到或者说接收到客户端套接字的连接请求时，就响应客户端套接字的请求，建立一个新的线程，把服务器端套接字的描述发给客户 端，一旦客户端确认了此描述，双方就正式建立连接。而服务器端套接字继续处于监听状态，继续接收其他客户端套接字的连接请求。

3.3，Socket与TCP连接的关系

创建Socket连接时候，可以指定使用的传输层协议，Socket可以支持不同的传输层协议（TCP、UDP）,当使用TCP协议进行连接时，该Socket连接就是一个TCP连接。

3.4，Socket连接与HTTP连接关系

通常情况下Socket连接就是TCP连接，因此Socket连接一旦建立，通信双方即可开始相互发送数据内容，直到双方连接断开。
但在实际网络应用 中，客户端到服务器之间的通信往往需要穿越多个中间节点，例如路由器、网关、防火墙等，大部分防火墙默认会关闭长时间处于非活跃状态的连接而导致 Socket 连接断连，因此需要通过轮询告诉网络，该连接处于活跃状态。

而HTTP连接使用的是“请求—响应”的方式，不仅在请求时需要先建立连接，而且需要客户端向服务器发出请求后，服务器端才能回复数据。

很多情况下，需要服务器端主动向客户端推送数据，保持客户端与服务器数据的实时与同步。此时若双方建立的是Socket连接，服务器就可以直接将数据传送给客户端；
若双方建立的是HTTP连接，则服务器需要等到客户端发送一次请求后才能将数据传回给客户端，因此，客户端定时向服务器端发送连接请求，不仅可以 保持在线，同时也是在“询问”服务器是否有新的数据，如果有就将数据传给客户端。

四，Socket使用

首先，根据项目实际需求，这里定义主机（也就是server）是iPad，子机（也就是client）是iPad,iPhone,Android终端等；同时，当设备是iPad时，可以切换主子机角色。

1，基于TCP，GCDAsyncSocket

Server端：


server->serverSocket = [[GCDAsyncSocket alloc] initWithDelegate:server delegateQueue:[server serverQueue]];   //初始化、设置代理
BOOL isAccept = [serverSocket acceptOnPort:kPort error:nil];//监测端口

... 表示其他处理的其他操作，



- (void)socket:(GCDAsyncSocket *)sock didAcceptNewSocket:(GCDAsyncSocket *)newSocket{

...
    [clientSocketArray addObject:model];//使用一个数组保存连接的socket，保证此链接是长连接,如果不保存，则连接完会自动断开，从而导致无法互相发送消息
    
...
    TRMessageModel *msg = [[TRMessageModel alloc] init];
    msg.protocol    = TRInnerProtocolOfWelcome;
    msg.queueType   = TRQueueTypeOfSenderLinear;
    msg.data        = [@"Hello" dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
    msg.isSuccess   = YES;
    msg.hashCode    = msg.hash;
    ...

    [self sendMessageWithSocket:newSocket messageModel:msg];// 发送一些业务信息，其实就是调用[socket writeData:contentData withTimeout:-1 tag:0];方法，根据不同业务发送不同消息

    
    [sock readDataWithTimeout:-1 tag:0];
}

接下来根据不同状态，会走不同的代理方法：


- (void)socket:(GCDAsyncSocket *)sock didConnectToHost:(NSString *)host port:(uint16_t)port {
    [sock readDataWithTimeout:-1 tag:0];
}

- (void)socket:(GCDAsyncSocket *)sock didWriteDataWithTag:(long)tag {
    [sock readDataWithTimeout:-1 tag:tag];
}



- (void)socket:(GCDAsyncSocket *)sock didWriteDataWithTag:(long)tag{

}


- (void)socket:(GCDAsyncSocket *)sock didReadData:(NSData *)data withTag:(long)tag {
    LSLog(@"%s",__func__);
    
    ...
      [self receiveMessageWithData:data socketModel:client];// 业务逻辑处理
    ...    
    [sock readDataWithTimeout:-1 tag:tag];
}


- (void)socketDidDisconnect:(GCDAsyncSocket *)sock withError:(NSError *)err {
    //断开之后需要的一些操作
...
// [self detectionHeartbeat];
}

client端：


client.socketModel.socket = [[GCDAsyncSocket alloc] initWithDelegate:client delegateQueue:[client clientQueue]];

与主机端一样，都分别走不同的代理方法


- (void)socket:(GCDAsyncSocket *)sock didConnectToHost:(NSString *)host port:(uint16_t)port {

    TRMessageModel *msgModel  = [[TRMessageModel alloc] init];
    msgModel.protocol           = TRInnerProtocolOfVerification;
    msgModel.data               = [@"connect" dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
    msgModel.queueType          = TRQueueTypeOfSenderLinear;
    msgModel.deviceCode         = self.deviceCode;
    msgModel.deviceName         = self.deviceName;
    msgModel.isSuccess            = YES;
    msgModel.hashCode           = msgModel.hash;
...    

    [self sendMessageWithSocket:sock messageModel:msgModel];
    self.timestamp = TimeStamp();
    ...    
    [self postSynergismHeartbeat];// 发送心跳包
    [self detectionHeartbeat];// 监测心跳
    
    [sock readDataWithTimeout:-1 tag:0];
}

2，基于UDP，GCDAsyncUDPSocket

GCDAsyncUDPSocket类是iOS下支持UDP协议的socket编程类，使用也很容易，通信的收发过程都有代理可以调用。

五，遇到的一些问题

本项目中使用socket过程中还涉及到一些处理粘包问题、消息等待处理、线程问题、队列、消息广播，设备辨认、心跳、网络环境强弱，数据效率，数据安全，数据格式，跨平台，等等；

有的是业务上的，有的是客观环境下的，有的是技术上的，可见一个稳定的项目要客服很多技术问题，所以程序猿们都很棒有木有。

这些问题这里先不一一写过，在后续总结里面一一探讨

希望各路大佬不吝赐教，指出不足。拍砖！拍砖！拍砖！

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