iOS socket网络编程
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相关概念
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socket是一个针对TCP和UDP编程的接口，你可以借助它建立TCP连接等。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，我们才能使用TCP/IP协议。Socket的出现只是使得程序员更方便地使用TCP/IP协议栈而已，是对TCP/IP协议的抽象，从而形成了我们知道的一些最基本的函数接口。
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socket连接：socket连接就是所谓的长连接，理论上客户端和服务器端一旦建立起连接将不会主动断掉；但是由于各种环境因素可能会是连接断开，比如说：服务器端或客户端主机down了，网络故障，或者两者之间长时间没有数据传输，网络防火墙可能会断开该连接以释放网络资源。所以当一个socket连接中没有数据的传输，那么为了维持连接需要发送心跳消息~~具体心跳消息格式是开发者自己定义的。
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TCP连接的三次握手:
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（ack=j+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。握手过程中传送的包里不包含数据，三次握手完毕后，客户端与服务器才正式开始传送数据。理想状态下，TCP连接一旦建立，在通信双方中的任何一方主动关闭连接之前，TCP 连接都将被一直保持下去。断开连接时服务器和客户端均可以主动发起断开TCP连接的请求，断开过程需要经过“四次握手”。
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socket建立网络连接的步骤
建立Socket连接至少需要一对套接字，其中一个运行于客户端，称为ClientSocket ，另一个运行于服务器端，称为ServerSocket 。
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。
1。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。
2。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。
3。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。
BSD socket
BSD socket:完全由c语言实现，并且可以在Objective-C代码中使用。
优点：不同平台中易于移植
缺点：
无法访问操作系统内建的网络特性（比如系统范围的VPN）。
更糟糕的是初始化socket连接并不会自动打开设备的Wi-Fi或是蜂窝网络，无线网络会智能的关闭以节省电池电量，任何通信连接都会失败，除非其他网络进程激活了无线网。
CFNetwork对BSD Socket的分装可以激活设备的无线网，所以几乎所有场景都建议使用CFNetwork而不是BSD Socket.
最常用的API:
1.int socket(int, int, int)：创建并初始化新的socket，如果成功放回一个文件描述符，如果失败返回0。
2.int bind(int, const struct sockaddr *, socklen_t)：为指定的地址与端口号分配socket。
3.int listen(int, int) __DARWIN_ALIAS(listen)：用于服务端监听客户端
4.int accept(int, struct sockaddr * __restrict, socklen_t * __restrict)：接受连接请求，将客户端地址存储到clientAddress中。
5.int connect(int, const struct sockaddr *, socklen_t)：连接到指定的服务器。
6.ssize_t send(int, const void *, size_t, int)：在socket上最多发送XX数据。
7.ssize_t recv(int, void *, size_t, int)：在socket上最多读取XX数据。
……
服务端逻辑：如果接收到客户端发送过来"1"，那么回复"你猜！"；客户端发送过来"2"，那么回复"谢谢！"；客户端发送过来"3"，那么回复"对不起！"；客户端发送过来"4"，那么回复"好的！"；客户端发送过来其他的内容，那么一半概率原样回复，一半概率回复"不知道你在说什么！"。
屏幕快照 2017-03-16 下午2.16.02.png
创建服务端：
1.创建socket
struct sockaddr_in server_addr;
server_addr.sin_len = sizeof(struct sockaddr_in);
server_addr.sin_family = AF_INET;//AF_INET互联网地址簇
server_addr.sin_port = htons(port);
server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(address);
bzero(&server_addr.sin_zero, 8);
//创建socket
int server_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);//SOCK_STREAM 有链接
if (server_socket == -1) {
perror("socket error!");
return 1;
}
2.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
int bind_result = bind(server_socket, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr));
if (bind_result == -1) {
perror("bind error!");
return 1;
}
3.listen侦听
if (listen(server_socket, 5)) {
perror("listen error!");
return 1;
}
4.接受客户端连接
int client_socket;
socklen_t address_len;
struct sockaddr_in client_address;
for (; ; ) {
address_len = sizeof(client_address);
client_socket = accept(server_socket, (struct sockaddr*)&client_address, &address_len);
//1.使用多线程
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
//这个函数进行数据操作
str_echo(client_socket);
});
}
5.接收和发送数据
char buf[1024];
while (1) {
bzero(buf, 1024);
long byte_num = recv(socket, buf, 1024, 0);
if (byte_num < 0) {
return;
}
buf[byte_num] = '\0';
printf("client said:%s\n", buf);
char *result;
NSString *str = [NSString stringWithCString:buf encoding:NSUTF8StringEncoding];
if ([str isEqualToString:@"1"]) {
result = "你猜！";
}
else if ([str isEqualToString:@"2"])
{
result = "谢谢！";
}
else if ([str isEqualToString:@"3"])
{
result = "对不起！";
}
else if ([str isEqualToString:@"4"])
{
result = "好的！";
}
else
{
if (arc4random()%2 == 0) {
result = "不知道你在说什么！";
}
else
{
result = buf;
}
}
send(socket, result, 1024, 0);
}
创建客户端：
struct sockaddr_in server_addr;
server_addr.sin_len = sizeof(struct sockaddr_in);
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(11332);
server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
bzero(&(server_addr.sin_zero), 8);
int server_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (server_socket == -1) {
perror("socket error");
return 1;
}
char receive_msg[1024];
char reply_msg[1024];
if (connect(server_socket, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(struct sockaddr_in)) == 0) {
//connect 成功之后，其实系统将你创建的socket绑定到一个系统分配的端口上，且其为全相关，包含服务器端的信息，可以用来和服务器端进行通信。
while (1) {
bzero(reply_msg, 1024);
printf("replay:");
scanf("%s", reply_msg);
if (send(server_socket, reply_msg, 1024, 0) == -1) {
perror("send error!");
return 1;
}
bzero(receive_msg, 1024);
long byte_num = recv(server_socket, receive_msg, 1024, 0);
receive_msg[byte_num] = '\0';
printf("server said:%s\n", receive_msg);
}
}
return 0;
NSStream 读写文件
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。
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
NSStreamEventNone :改默认值不代表任何事件
NSStreamEventOpenCompleted :socket被成功打开
NSStreamEventHasBytesAvailable :有可以读取的字节
NSStreamEventHasSpaceAvailable :缓存中可以写入字节
NSStreamEventErrorOccurred :操作出现错误CFReadStreamCopyError()和CFWriteStreamCopyError()会提供更多错误细节
NSStreamEventEndEncountered :socket达到字节流的末尾
通过NSStream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NSStream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。
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
NSString *documentStr = [NSSearchPathForDirectoriesInDomains(NSDocumentDirectory, NSUserDomainMask, YES) firstObject];
NSString *dataPath = [documentStr stringByAppendingPathComponent:@"data.txt"];
NSFileManager *manager = [NSFileManager defaultManager];
if ([manager fileExistsAtPath:dataPath]) {
self.read = YES;
NSLog(@"string:%@", [NSString stringWithContentsOfFile:dataPath encoding:NSUTF8StringEncoding error:nil]);
NSInputStream *inStream = [[NSInputStream alloc] initWithFileAtPath:dataPath];
[inStream setDelegate:self];
[inStream scheduleInRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
[inStream open];
}
else
{
if ([manager createFileAtPath:dataPath contents:nil attributes:nil]) {
self.read = NO;
NSOutputStream *outStream = [[NSOutputStream alloc] initToFileAtPath:dataPath append:YES];
[outStream setDelegate:self];
[outStream scheduleInRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
[outStream open];
}
else
{
NSLog(@"文件创建失败！");
}
}
}
#pragma mark - <NSStreamDelegate>代理方法
- (void)stream:(NSStream *)aStream handleEvent:(NSStreamEvent)eventCode
{
if (self.read) {
NSInputStream *inStream = (NSInputStream *)aStream;
switch (eventCode) {
case NSStreamEventHasBytesAvailable:
{
uint8_t data[1024];
[inStream read:data maxLength:1024];
printf("%s", data);
[inStream close];
[inStream removeFromRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
inStream = nil;
}
break;
case NSStreamEventEndEncountered:
{
[inStream close];
[inStream removeFromRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
inStream = nil;
}
break;
default:
break;
}
}
else{
NSOutputStream *outStream = (NSOutputStream *)aStream;
switch (eventCode) {
case NSStreamEventHasSpaceAvailable:
{
uint8_t data[] = "{name:'张三', age:10}";
[outStream write:data maxLength:strlen((char *)data)];
[outStream close];
[outStream removeFromRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
outStream = nil;
}
break;
case NSStreamEventEndEncountered:
{
[outStream close];
[outStream removeFromRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
outStream = nil;
}
break;
default:
break;
}
}
}
NSStream Socket
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。
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。
服务端：服务端依然使用上面例子的服务端
客户端的实现：点击1~5这五个按钮，分别从服务端返回不同的数据，进而展示出来。
屏幕快照 2017-03-16 下午3.55.49.png
由于实现相对简单，就不加阐述说明了，实现代码如下：
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
[self startSocket:@"127.0.0.1" andPort:11332];
}
- (void)startSocket:(NSString *)address andPort:(int)port
{
CFReadStreamRef readRef;
CFWriteStreamRef writeRef;
CFStreamCreatePairWithSocketToHost(NULL, (__bridge CFStringRef)address, port, &readRef, &writeRef);
NSInputStream *inputStream = (__bridge NSInputStream *)readRef;
NSOutputStream *outputStream = (__bridge NSOutputStream *)writeRef;
inputStream.delegate = self;
outputStream.delegate = self;
[inputStream scheduleInRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
[outputStream scheduleInRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
[inputStream open];
[outputStream open];
self.outputStream = outputStream;
}
- (IBAction)sendMsg:(UIButton *)sender {
if (sender.currentTitle > 0) {
const char *output = sender.currentTitle.UTF8String;
[self.outputStream write:(const uint8_t *)output maxLength:strlen(output)];
}
}
- (void)showMessage:(NSString *)msg
{
if (!self.msgLabel) {
UIFont *font = [UIFont systemFontOfSize:14];
UIColor *color = [UIColor blackColor];
UIColor *backColor = [UIColor colorWithRed:0 green:0 blue:0 alpha:0.2];
UILabel *label = [[UILabel alloc] init];
label.textColor = color;
label.font = font;
label.textAlignment = NSTextAlignmentCenter;
label.backgroundColor = backColor;
self.msgLabel = label;
}
CGFloat screenW = [UIScreen mainScreen].bounds.size.width;
CGFloat screenH = [UIScreen mainScreen].bounds.size.height;
CGFloat W = screenW - 16;
CGSize size = [msg boundingRectWithSize:CGSizeMake(W, CGFLOAT_MAX) options:NSStringDrawingUsesLineFragmentOrigin attributes:@{NSFontAttributeName:self.msgLabel.font} context:nil].size;
W = size.width;
CGFloat H = size.height;
CGFloat X = (screenW - W)/2;
CGFloat Y = (screenH - H)/2;
self.msgLabel.frame = CGRectMake(X, Y, W, H);
self.msgLabel.text = msg;
[self.view addSubview:self.msgLabel];
dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2.0 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
[self.msgLabel removeFromSuperview];
});
}
#pragma mark - <NSStreamDelegate>代理方法
- (void)stream:(NSStream *)aStream handleEvent:(NSStreamEvent)eventCode
{
switch (eventCode) {
case NSStreamEventNone:
break;
case NSStreamEventOpenCompleted:
break;
case NSStreamEventHasBytesAvailable:
{
uint8_t buf[1024];
NSInteger len = 0;
NSInputStream *inputStream = (NSInputStream *)aStream;
len = [inputStream read:buf maxLength:1024];
if (len) {
[self showMessage:[NSString stringWithCString:(const char *)buf encoding:NSUTF8StringEncoding]];
}
break;
}
case NSStreamEventHasSpaceAvailable:
break;
case NSStreamEventErrorOccurred:
{
[aStream close];
break;
}
case NSStreamEventEndEncountered:
{
[aStream close];
[aStream removeFromRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
aStream = nil;
break;
}
default:
break;
}
}
