CFSocket学习
2016-07-01 本文已影响2376人
Medivh
一、概念理解
1.什么是Socket？
Socket又称为“套接字”，是系统提供的用于网络通信的方法，本质并不是一个协议，没有规定计算机怎么样传递消息，只是给程序员提供一个接口，使用这个接口提供的方法，发送和接收消息。
Socket简化了程序员操作，知道对方的IP和端口号的情况下，就可以给对方发送消息，再有服务端来处理，因此需要服务端和客户端。
2.Socket的通信过程
每一个应用或者服务都有一个端口，因此需要包含以下的步骤：
-
服务端利用Socket监听端口；
-
客户端发起连接；
-
服务端返回信息，建立连接，开始通信；
-
客户端，服务端断开连接；
二、各协议的区别
OSI模型把网络通信分成7层，由低向高分别是：物理层，数据链路层，网络层，传输层，会话层，表示层和应用层。
我们常用的HTTP协议是对应应用层，TCP协议对应传输层，IP协议对应网络层，HTTP协议是基于TCP连接。
TCP/IP是传输层协议，主要解决数据如何在网络中传输；而HTTP是应用层协议，主要解决如何包装数据。
在传输数据时候可以只是用TCP/IP，但是这样没有应用层，无法识别传输的数据类容，这样是没有意义的，如果想使传输的数据有意义，则必须使用应用层协议，HTTP就是一种，WEB使用它，封装HTTP文本信息，然后使用TCP/IP协议传输到网络上
Socket实际上就是对TCP/IP协议的封装，本身并不是协议，而是调用一个接口（API），通过Socket，我们才能使用TCP/IP协议；
HTTP和Socket连接的区别
1.TCP连接
Socket本身就是对TCP的封装，就要先明白TCP连接：
建立一次TCP连接需要进行"三次握手"：
tcp-三次握手.png
首先了解一下几个标志，SYN（synchronous），同步标志，ACK (Acknowledgement），即确认标志，seq应该是Sequence Number，序列号的意思，另外还有四次握手的fin，应该是final，表示结束标志。
简单的用英语来表示就是：
客户端：hi,how are you？
服务端：fine，thank you,and you？
客户端：i am fine too.
- 客户端发送一个TCP的SYN标志位置1的包指明客户打算连接的服务器的端口，以及初始序号X,保存在包头的序列号(Sequence Number)字段里。
- 服务器发回确认包(ACK)应答。即SYN标志位和ACK标志位均为1同时，将确认序号(Acknowledgement Number)设置为客户的序列号加1以，即X+1。
- 客户端再次发送确认包(ACK) SYN标志位为0，ACK标志位为1。并且把服务器发来ACK的序号字段+1，放在确定字段中发送给对方.并且在数据段放写序列号的+1。
只有进行完三次握手后，才能正式传输数据，理想状态下只要建立起连接，在通信双方主动关闭连接之前，TCP连接将会一直保持下去。三次握手能够确保对面已经收到自己的同步序列号，这样就可以保证后续数据包的丢失可以被察觉，这也是TCP流式传输的基础。
断开TCP连接需要发送4个包，客户端和服务端都可以发起这个请求，在Socket编程中任何一方执行close（）操作就会产生"四次握手"：
tcp-四次握手.png
关闭为什么是4次，而连接是3次，是因为当服务端收到客户端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文，ACK用来回应，SYN用来同步。但是当关闭连接的情况下，接收端收到FIN报文时候，很可能不会立即关闭，所以先发送一个ACK报文告诉发送端我收到了，只有等接收端报文全部发送完了，才能发送FIN报文。
2.HTTP连接
HTPP协议即超文本传送协议，是建立在TCP协议之上的一种。客户端每次发送的请求都要服务端回送响应，请求结束后，会自动释放连接。
3.Socekt连接
概念：Socket是通信的基石，是支持TCP/IP协议的基本操作单元，包含5种信息：连接使用的协议，本机主机IP地址，本地进程的端口号，远程主机IP地址，远程进程的协议端口。
应用层通过传输层进行数据传输时候，可能会遇到同一个TCP协议端口传输好几种数据，可以通过socket来区分不同应用程序或者网络连接。
建立Socket连接的步骤
- 至少需要1对，一个作用于客户端，一个在服务端；
- 连接分为三个步骤：服务器监听，客户端请求，连接确认；
- 服务器监听：并不对应具体的客户端socket，而是处于等待连接状态，实时监听网络状态，等待客户端连接；
- 客户端请求：客户端的套接字向服务端套接字发起连接请求，因此需要知道服务端的套接字的地址和端口号，而且需要描述他要连接的服务器的套接字；
- 连接确认：当服务端套接字监听到或者接收到客户端的套接字的连接请求，就响应客户端的套接字，建立一个新的连接，把服务端的套接字的描述发给客户端，一旦确认，双方就正式建立连接。而且服务端的套接字仍在监听状态，继续接受其他客户端的套接字。
Socket HTTP TCP区别
Socket连接可以指定传输层协议，可以是TCP或者UDP，当时TCP协议时候就是一个TCP连接。而HTTP连接是请求->响应的方式，在请求时候需要先建立连接，然后客户端向服务器发出请求之后，服务器才能回复数据。而Socket一旦建立连接，服务器可以主动将数据传输给客户端；而HTTP则需要客户端先向服务器发送请求之后才能将数据返回给客户端。但实际上Socket建立之后因为种种原因，会导致断开连接，其中一个原因就是防火墙会断开长时间处于非活跃状态的连接，因此需要轮询高速网络，这个连接是活跃的。
三、在iOS里面的使用
iOS提供了Socket网络编程接口CFSocket，tcp和udp的socket是有区别的。
基于TCP的Socket：
tcp_Socket.png
基于UDP的Socket
udp_Socket.png
常用的Socket类型分为两种，流式Socket（SOCKET_STREAM）和数据报式（SOCKET_DGRAM）,流式针对于面向TCP连接的应用，而数据报式是一种无连接的Socket，对应于无连接的UDP服务应用。
iOS官方给出的使用时CFSocket，它是基于BSD Socket进行抽象和封装，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”当中。CFSocket 并不仅仅限于基于流的 sockets (比如 TCP)，它可以处理任何类型的 socket。
你可以利用 CFSocketCreate 功能从头开始创建一个 CFSocket 对象，或者利用 CFSocketCreateWithNative 函数从 BSD socket 创建。然后，需要利用函数 CFSocketCreateRunLoopSource 创建一个“运行循环”源，并利用函数CFRunLoopAddSource 把它加入一个“运行循环”。这样不论 CFSocket 对象是否接收到信息， CFSocket 回调函数都可以运行。
好了，废话少说，进入正题。
客户端
客户端创建Socket相对简单不少，步骤如下：
0.(可选)创建CFSocketContext->用来关联Socket上下文信息
/*
struct CFSocketContext
{
CFIndex version; 版本号，必须为0
void *info; 一个指向任意程序定义数据的指针，可以在CFScocket对象刚创建的时候与之关联，被传递给所有在上下文中回调；
CFAllocatorRetainCallBack retain; info指针中的retain回调，可以为NULL
CFAllocatorReleaseCallBack release; info指针中的release的回调，可以为NULL
CFAllocatorCopyDescriptionCallBack copyDescription; info指针中的回调描述，可以为NULL
};
typedef struct CFSocketContext CFSocketContext;
*/
实现代码：
//这里把self作为数据指针传过去，这样在回调的时候就能拿到当前的VC
CFSocketContext sockContext = {0,(__bridge void *)(self),NULL,NULL,NULL};
1.创建CFSocket对象
CFSocketRef SocketRef = CFSocketCreate
(
//内存分配类型，一般为默认的Allocator->kCFAllocatorDefault
<#CFAllocatorRef allocator#>,
//协议族,一般为Ipv4:PF_INET,(Ipv6,PF_INET6)
<#SInt32 protocolFamily#>,
//套接字类型，TCP用流式—>SOCK_STREAM，UDP用报文式->SOCK_DGRAM
<#SInt32 socketType#>,
//套接字协议，如果之前用的是流式套接字类型：PPROTO_TCP，如果是报文式：IPPROTO_UDP
<#SInt32 protocol#>,
//回调事件触发类型 *1
<#CFOptionFlags callBackTypes#>,
//触发时候调用的方法 *2
<#CFSocketCallBack callout#>,
//用户定义的数据指针，用于对CFSocket对象的额外定义或者申明，可以为NULL
<#const CFSocketContext *context#>
);
*1 具体的回调事件触发类型
enum CFSocketCallBackType {
kCFSocketNoCallBack = 0,
kCFSocketReadCallBack = 1,
kCFSocketAcceptCallBack = 2,（常用）
kCFSocketDataCallBack = 3,
kCFSocketConnectCallBack = 4,
kCFSocketWriteCallBack = 8
};
typedef enum CFSocketCallBackType CFSocketCallBackType;
*2具体的触发调用的方法
CFSocketCallBack 在CFsocket对象中某个活跃类型被触发时候调用的触发函数
官方的申明是：typedef void (*CFSocketCallBack) ( CFSocketRef s, CFSocketCallBackType callbackType, CFDataRef address, const void *data, void *info );也就是新建的这个方法要包含这些参数
/*!
* @brief socket回调函数
*
* @param s socket对象；
* @param callbackType 这个socket对象的活动类型；
* @param address socket对象连接的远程地址，CFData对象对应的是socket对象中的protocol family（struct sockaddr_in 或者 struct sockaddr_in6）， 除了type类型为kCFSocketAcceptCallBack和kCFSocketDataCallBack，否则这个值通常是NULL；
* @param data 跟回调类型相关的数据指针
kCFSocketConnectCallBack：如果失败了，它指向的就是SINT32的错误代码；
kCFSocketAcceptCallBack： 它指向的就是CFSocketNativeHandle
kCFSocketDataCallBack： 它指向的就是将要进来的Data；
其他情况都是NULL
* @param info 与Socket相关的自定义的任意数据
*/
实现代码：
_socketRef = CFSocketCreate(kCFAllocatorDefault, PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP, kCFSocketConnectCallBack,ServerConnectCallBack, &sockContext);
2.创建Socket需要连接的地址，这是一个结构体，需要包含几个参数，同事IPV4和IPV6不一样
// ----创建sockadd_in的结构体，该结构体作为socket的地址，IPV6需要改参数
struct sockaddr_in addr;
//创建完结构体先把这个结构体进行清零操作
//memset：将addr中所有字节用0替换并返回addr，作用是一段内存块中填充某个给定的值，它是对较大的结构体或数组进行清零操作的一种最快方法
memset(&addr, 0, sizeof(addr));
/* 设置addr的具体内容
struct sockaddr_in {
__uint8_t sin_len; 长度
sa_family_t sin_family; 协议族，用AF_INET->互联网络，TCP，UDP等等
in_port_t sin_port; 端口号（使用网络字节顺序) htons：将主机的无符号短整形数转换成网络字节顺序
struct in_addr sin_addr; 存储IP地址，使用inet_addr()这个函数，用来将一个点分十进制的IP转换成一个长整数型数（u_long类型），若字符串有效则将字符串转换为32位二进制网络字节序的IPV4地址，否则为INADDR_NONE
char sin_zero[8]; 让sockaddr与sockaddr_in两个数据结构保持大小相同而保留的空字节，无需处理
};*/
addr.sin_len = sizeof(addr);
addr.sin_family = AF_INET;
addr.sin_port = htons(19992);
addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(192.168.1.333);
3.把地址转换成CFDataRef
CFDataRef dataRef = CFDataCreate(kCFAllocatorDefault,(UInt8 *)&addr, sizeof(addr));
4.连接
这里连接有2种方案：
- 方案一：
如果上面SocketRef创建爱你时候选择回调类型为kCFSocketNoCallBack，然后没有设置回调函数，那就直接进行连接
/*!
* @brief 连接socket
*
* @param s 连接的socket
* @param address 连接的socket的包含的地址参数
* @param timeout 连接超时时间，如果为负，则不尝试连接，而是把连接放在后台进行，如果_socket消息类型为kCFSocketConnectCallBack，将会在连接成功或失败的时候在后台触发回调函数
*
* @return 返回CFSocketError类型
CFSocketConnectToAddress(CFSocketRef s, CFDataRef address, CFTimeInterval timeout)
*/
CFSocketError result = CFSocketConnectToAddress(_socketRef, dataRef, 5);
/*
typedef CF_ENUM(CFIndex, CFSocketError) {
kCFSocketSuccess = 0,成功
kCFSocketError = -1L,失败
kCFSocketTimeout = -2L 超时
};
*/
方案二：
如果设置回调参数为kCFSocketConnectCallBack，并且设置了回调函数
// ----连接
CFSocketConnectToAddress(_socketRef, dataRef, -1);
// ----加入循环中
// ----获取当前线程的RunLoop
CFRunLoopRef runLoopRef = CFRunLoopGetCurrent();
// ----把Socket包装成CFRunLoopSource，最后一个参数是指有多个runloopsource通过同一个runloop时候顺序，如果只有一个source通常为0
CFRunLoopSourceRef sourceRef = CFSocketCreateRunLoopSource(kCFAllocatorDefault, _socketRef, 0);
// ----加入运行循环,第三个参数表示
CFRunLoopAddSource(runLoopRef, //运行循环管
sourceRef, // 增加的运行循环源, 它会被retain一次
kCFRunLoopCommonModes //用什么模式把source加入到run loop里面,使用kCFRunLoopCommonModes可以监视所有通常模式添加source
);
CFRelease(sourceRef);
5.连接成功和失败的判断
如果方案一：
if (result == kCFSocketSuccess) {
// ----另外一个线程读取数据
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
[self readStreamData];
});
}
如果方案二：
void ServerConnectCallBack ( CFSocketRef s, CFSocketCallBackType callbackType, CFDataRef address, const void *data, void *info )
{
//这里是当前控制器名字，从info中取得之前存储的控制器，然后在后台执行刷新数据方法
ViewController *vc = (__bridge ViewController *)(info);
ViewController *vc = (__bridge ViewController *)(info);
// ----判断是不是NULL
if (data != NULL) {
printf("连接失败\n");
[vc performSelector:@selector(releaseSocket) withObject:nil];
}else {
printf("连接成功\n");
[vc performSelectorInBackground:@selector(readStreamData) withObject:nil];
}
}
6.读取数据
- (void)readStreamData
{
// ----定义一个字符型变量
char buffer[512];
/**
int recv( SOCKET s, char FAR *buf, int len, int flags );
不论是客户还是服务器应用程序都用recv函数从TCP连接的另一端接收数据。
（1）第一个参数指定接收端套接字描述符；
（2）第二个参数指明一个缓冲区，该缓冲区用来存放recv函数接收到的数据；
（3）第三个参数指明buf的长度；
（4）第四个参数一般置0。
*/
long readData;
//若无错误发生，recv()返回读入的字节数。如果连接已中止，返回0。如果发生错误，返回-1，应用程序可通过perror()获取相应错误信息
while((readData = recv(CFSocketGetNative(_socketRef), buffer, sizeof(buffer), 0))) {
NSString *content = [[NSString alloc] initWithBytes:buffer length:readData encoding:NSUTF8StringEncoding];
dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
self.infoLabel.text = [NSString stringWithFormat:@"%@\n%@",content,self.infoLabel.text];
});
}
perror("recv");
}
7.向服务端上传数据
NSString *stringTosend = [NSString stringWithFormat:@"%@说：%@",self.nameText.text,self.messageText.text];
const char* data = [stringTosend UTF8String];
/** 成功则返回实际传送出去的字符数, 失败返回-1. 错误原因存于errno*/
int sendData = send(CFSocketGetNative(_socketRef), data, strlen(data) + 1, 0);
if (sendData < 0) {
perror("send");
}
服务端
服务端创建Socket相对复杂一下；
- 创建Socket对象
//同客户端，注释就不写了
CFSocketRef _socket = CFSocketCreate(kCFAllocatorDefault,
PF_INET,
SOCK_STREAM,
IPPROTO_TCP ,
kCFSocketAcceptCallBack,
TCPServerAcceptCallBack,
NULL);
if (_socket == NULL) {
NSLog(@"创建Socket失败！");
return;
}
- 设置允许重用本地地址和端口
这里首先介绍下setsockopt()这个函数，它是用来设置Socket关联的选项,选项可能存在于多层协议中，它们总会出现在最上面的套接字层。当操作套接字选项时，选项位于的层和选项的名称必须给出。为了操作套接字层的选项，应该 将层的值指定为SOL_SOCKET。为了操作其它层的选项，控制选项的合适协议号必须给出。
int setsockopt(int sock, //需要设置选项的套接字
int level, //选项所在的协议层
int optname, //需要访问的选项名
const void *optval, //新选项值的缓冲
socklen_t optlen //现选项的长度
);
/* 成功返回0，失败返回-1。
失败的errno：
EBADF：sock不是有效的文件描述词
EFAULT：optval指向的内存并非有效的进程空间
EINVAL：在调用setsockopt()时，optlen无效
ENOPROTOOPT：指定的协议层不能识别选项
ENOTSOCK：sock描述的不是套接字
*/
/*
参数的详细说明
1. level指定控制套接字的层次.可以取三种值:
1)SOL_SOCKET:通用套接字选项.（常用）
2)IPPROTO_IP:IP选项.
3)IPPROTO_TCP:TCP选项.
2. optname指定控制的方式(选项的名称)
SO_REUSERADDR- 允许重用本地地址和端口- int
3.optval设置套接字选项.根据选项名称的数据类型进行转换，这里是int类型，我把它用BOOL来代替，1表示YES,0表示NO；
4. optlen 是指上面optval长度
*/
具体的代码：
BOOL reused = YES;
//设置允许重用本地地址和端口
setsockopt(CFSocketGetNative(_socket), SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (const void *)&reused, sizeof(reused));
3.创建Socket需要连接的地址
//定义sockaddr_in类型的变量，该变量将作为CFSocket的地址
struct sockaddr_in Socketaddr;
memset(&Socketaddr, 0, sizeof(Socketaddr));
Socketaddr.sin_len = sizeof(Socketaddr);
Socketaddr.sin_family = AF_INET;
//设置该服务器监听本机任意可用的IP地址
// addr4.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
//设置服务器监听地址
Socketaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(TEST_IP_ADDR);
//设置服务器监听端口
Socketaddr.sin_port = htons(TEST_IP_PROT);
4.转换地址类型，连接
//将IPv4的地址转换为CFDataRef
CFDataRef address = CFDataCreate(kCFAllocatorDefault, (UInt8 *)&Socketaddr, sizeof(Socketaddr));
//将CFSocket绑定到指定IP地址
if (CFSocketSetAddress(_socket, address) != kCFSocketSuccess) {
//如果_socket不为NULL，则释放_socket
if (_socket) {
CFRelease(_socket);
exit(1);
}
_socket = NULL;
}
5.加入RunLoop循环监听
NSLog(@"----启动循环监听客户端连接---");
//获取当前线程的CFRunLoop
CFRunLoopRef cfRunLoop = CFRunLoopGetCurrent();
//将_socket包装成CFRunLoopSource
CFRunLoopSourceRef source = CFSocketCreateRunLoopSource(kCFAllocatorDefault, _socket, 0);
//为CFRunLoop对象添加source
CFRunLoopAddSource(cfRunLoop, source, kCFRunLoopCommonModes);
CFRelease(source);
//运行当前线程的CFRunLoop
CFRunLoopRun();
6.回调函数
//有客户端连接进来的回调函数
void TCPServerAcceptCallBack(CFSocketRef socket,
CFSocketCallBackType type,
CFDataRef address,
const void *data,
void *info)
{
//如果有客户端Socket连接进来
if (kCFSocketAcceptCallBack == type) {
//获取本地Socket的Handle，这个回调事件的类型是kCFSocketAcceptCallBack，这个data就是一个CFSocketNativeHandle类型指针
CFSocketNativeHandle nativeSocketHandle = *(CFSocketNativeHandle *)data;
//定义一个255数组接收这个新的data转成的socket的地址，SOCK_MAXADDRLEN意思是最长的可能的地址
uint8_t name[SOCK_MAXADDRLEN];
//这个地址数组的长度
socklen_t namelen = sizeof(name);
/**
int getpeername(int,已经连接的Socket
struct sockaddr * __restrict,用来接收地址信息
socklen_t * __restrict 地址长度
)
作用是从已经连接的Socket中获得地址信息，存到参数2中，地址长度放到参数3中
成功是返回0，如果失败了则返回别的数字，对应不同错误码
*/
//获取Socket信息
if (getpeername(nativeSocketHandle,
(struct sockaddr *)name,
&namelen) != 0 ) {
perror("getpeername:");
exit(1);
}
//获取连接信息
struct sockaddr_in *addr_in = (struct sockaddr_in *)name;
// ----inet_ntoa将网络地址转换成“.”点隔的字符串格式
NSLog(@"%s:%d连接进来了",inet_ntoa(addr_in->sin_addr),addr_in->sin_port);
//创建一组可读/写的CFStream
readStreamRef = NULL;
writeStreamRef = NULL;
// ----创建一个和Socket对象相关联的读取数据流
CFStreamCreatePairWithSocket(kCFAllocatorDefault, //内存分配器
nativeSocketHandle, //准备使用输入输出流的socket
&readStreamRef, //输入流
&writeStreamRef);//输出流
// ----CFStreamCreatePairWithSocket(）操作成功后，readStreamRef和writeStreamRef都指向有效的地址，因此判断是不是还是之前设置的NULL就可以了
if (readStreamRef && writeStreamRef) {
//打开输入流和输出流
CFReadStreamOpen(readStreamRef);
CFWriteStreamOpen(writeStreamRef);
// ----一个结构体包含程序定义数据和回调用来配置客户端数据流行为
NSString *aaa = @"earth，wind，fire，be my call";
CFStreamClientContext context = {0,(__bridge void *)(aaa),NULL,NULL};
/**
指定客户端的数据流，当特定事件发生的时候，接受回调
Boolean CFReadStreamSetClient ( CFReadStreamRef stream, 需要指定的数据流
CFOptionFlags streamEvents, 具体的事件，如果为NULL，当前客户端数据流就会被移除
CFReadStreamClientCallBack clientCB, 事件发生回调函数，如果为NULL，同上
CFStreamClientContext *clientContext 一个为客户端数据流保存上下文信息的结构体，为NULL同上
);
返回值为TRUE就是数据流支持异步通知，FALSE就是不支持
*/
if (!CFReadStreamSetClient(readStreamRef,
kCFStreamEventHasBytesAvailable,
readStream,
&context)) {
exit(1);
}
// ----将数据流加入循环
CFReadStreamScheduleWithRunLoop(readStreamRef,
CFRunLoopGetCurrent(),
kCFRunLoopCommonModes);
const char *str = "welcome！\n";
//向客户端输出数据
CFWriteStreamWrite(writeStreamRef, (UInt8 *)str, strlen(str) + 1);
}else {
// ----如果失败就销毁已经连接的Socket
close(nativeSocketHandle);
}
}
}
7.读取客户端发来的数据
void readStream(CFReadStreamRef readStream,
CFStreamEventType evenType,
void *clientCallBackInfo)
{
UInt8 buff[2048];
NSString *aaa = (__bridge NSString *)(clientCallBackInfo);
NSLog(@"%@", aaa);
// ----从可读的数据流中读取数据，返回值是多少字节读到的，如果为0就是已经全部结束完毕，如果是-1则是数据流没有打开或者其他错误发生
CFIndex hasRead = CFReadStreamRead(readStream, buff, sizeof(buff));
if (hasRead > 0) {
printf("接收到数据：%s\n",buff);
const char *str = "for the lich king！！\n";
//向客户端输出数据
CFWriteStreamWrite(writeStreamRef, (UInt8 *)str, strlen(str) + 1);
}
}
