Socket（套接字层）

Socket就是为网络服务提供的一种机制，通信的两端都是Socket，网络通信其实就是Socket的通信，数据在两个Socket之间通过IO传输。
Socket是纯C语言的，是跨平台的。

Socket的接口函数十分简单，客户端跟服务端都有：
socket() 、 connect() 、 write() 、 read() 、close()
方法，根据函数名也能知道函数的功能。
服务端多了三个方法：
bind() 、 listen() 、 accept()

image.png

先来了解一下大小端定义：

网络字节序与主机字节序：
主机字节序：就是我们平常说的大端和小端模式：不同的CPU有不同的字节序类型，这些字节序是指整数在内存中保存的顺序，这个叫做主机序。引用标准的Big-Endian和Little-Endian的定义如下：
　　a) Little-Endian就是低位字节排放在内存的低地址端，高位字节排放在内存的高地址端。
　　b) Big-Endian就是高位字节排放在内存的低地址端，低位字节排放在内存的高地址端。
网络字节序：4个字节的32 bit值以下面的次序传输：首先是0～7bit，其次8～15bit，然后16～23bit，最后是24~31bit。这种传输次序称作大端字节序。由于TCP/IP首部中所有的二进制整数在网络中传输时都要求以这种次序，因此它又称作网络字节序。字节序，顾名思义字节的顺序，就是大于一个字节类型的数据在内存中的存放顺序，一个字节的数据没有顺序的问题了。

在将一个地址绑定到socket的时候，请先将主机字节序转换成为网络字节序。

iOS端Socket的实现

• 先来定义两个宏

//htons : 将主机的无符号短整形数转换成网络字节顺序 
#define SocketPort htons(8050)
//inet_addr：将字符串形式的IP地址 -> 网络字节顺序  的整型值
#define SocketIP   inet_addr("127.0.0.1")

客户端

• Socket的创建

    /**     int    socket(int, int, int);
     * 参数
     *  参数一：协议域,决定了socket的地址类型。AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL、AF_ROUT，在通信中必须采用对应的地址，如AF_INET决定了必须适应IPV4地址和端口号的组合（32位地址+16位端口号），AF_UNIX决定了要用一个绝对的路径名作为地址
     * 参数一：socket类型，常用的有SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等。流式Socket（SOCK_STREAM）是一种面向连接的Socket，针对于面向连接的TCP服务应用。数据报式Socket（SOCK_DGRAM）是一种无连接的Socket，对应于无连接的UDP服务应用
     * 参数一：指定协议，一般传0，系统会根据第二个参数自动赋值
     返回值：
     失败返回-1
     */
    int socketId = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (socketId == -1) {
        NSLog(@"创建socket 失败");
        return;
    }

• Socket的连接

    /**
     __uint8_t    sin_len;          假如没有这个成员，其所占的一个字节被并入到sin_family成员中
     sa_family_t    sin_family;     一般来说AF_INET（地址族）PF_INET（协议族）
     in_port_t    sin_port;         // 端口
     struct    in_addr sin_addr;    // ip
     char        sin_zero[8];       没有实际意义,只是为了　跟SOCKADDR结构在内存中对齐
     */
    struct sockaddr_in socketAddr;
    socketAddr.sin_family   = AF_INET;
    socketAddr.sin_port     = SocketPort;    
    struct in_addr  socketIn_addr; //127.0.0.1
    socketAddr.sin_addr     = socketIn_addr;

    /**
     参数
     参数一：套接字描述符
     参数二：指向数据结构sockaddr的指针，其中包括目的端口和IP地址
     参数三：参数二sockaddr的长度，可以通过sizeof（struct sockaddr）获得
     返回值
     成功则返回0。
     */
    int result = connect(_clinenId, (const struct sockaddr *)&socketAddr, sizeof(socketAddr));
    if (result != 0) {
        NSLog(@"连接socket 失败");
        return;
    }

连接Socket需要在服务端建立一个Socket服务并监听客户端的连接，在MAC下，我们可以通过终端命令
nc -lk 8050
来拦截监听,类似于建立了一个监听
Host：127.0.0.1
端口：8050
的服务器。
打开终端输入命令启动监听：

image.png
运行代码可以看到
image.png

• 发送消息

    /**
     参数
     参数一：一个用于标识已连接套接口的描述字。
     参数二：包含待发送数据的缓冲区。
     参数三：缓冲区中数据的长度。
     参数四：调用执行方式。
     
     返回值
     如果成功，则返回发送的字节数，失败则返回SOCKET_ERROR
     一个中文对应 3 个字节！UTF8 编码！
     */
- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    const char *msg = @"hello server".UTF8String;
    ssize_t sendLen = send(self.socketId, msg, strlen(msg), 0);
    
    NSLog(@"发送了%ld个字节",sendLen);
}

运行代码，在终端查看监听到的信息，可以看到已经发送成功并被接收到了：

• 接收消息
  接收消息一般放在子线程

    /**
     参数
     参数一：客户端socket
     参数二：接收内容缓冲区地址
     参数三：接收内容缓存区长度
     参数四：0表示阻塞，必须等待服务器返回数据
     
     返回值
     如果成功，则返回读入的字节数，失败则返回SOCKET_ERROR
     */
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
            while (1) {
                uint8_t buffer[1024];
                ssize_t receiveLen = read(self.socketId, buffer, sizeof(buffer));
        
                if (receiveLen == 0) {
                    continue;
                }
                
                NSLog(@"接收到了%ld个字节",receiveLen);
                NSData * data = [NSData dataWithBytes:buffer length:receiveLen];
                NSString * str = [[NSString alloc] initWithData:data encoding:NSUTF8StringEncoding];
                NSLog(@"接收到：%@",str);
            }
    });

接上一步的基础，我们在终端输入“hello client”，查看打印日志可以发现，消息也被成功的接收了：

image.png image.png

• 关闭Socket
  关闭函数比较简单，就直接

    if (self.clinenId) {
        // 7: 关闭socket连接
        int close_result = close(self.clinenId);
        
        if (close_result == -1) {
            NSLog(@"socket 关闭失败");
            return;
        }else{
            NSLog(@"socket 关闭成功");
        }
    }

服务端

服务端Socket在客户端的基础上增加了
bind() 、 listen() 、 accept()

• bind()
  bind()函数把一个地址族中的特定地址赋给socket，例如对应AF_INET、AF_INET6就是把一个ipv4或ipv6地址和端口号组合赋给socket。

 //具体参数跟客户端那边连接Socket时的参数基本一致
    int bind_result = bind(self.serverId, (const struct sockaddr *)&socketAddr, sizeof(socketAddr));
    if (bind_result == -1) {
        NSLog(@"绑定socket 失败");
        return;
    }

• listen()
  作为服务器，在调用socket()、bind()之后就会调用listen()来监听这个socket，如果客户端这时调用connect()发出连接请求，服务器端就会接收到这个请求。

    /*
     * 参数
     * 参数一：socketId
     * 参数二：最大连接数
     **/
    int maxCount = 5;
    int listen_result = listen(self.serverId, maxCount);
    if (listen_result == -1) {
        NSLog(@"监听失败");
        return;
    }

• accept()
  依次调用socket()、bind()、listen()之后，就会监听指定的socket地址了。TCP客户端依次调用socket()、connect()之后就向TCP服务器发送了一个连接请求。TCP服务器监听到这个请求之后，就会调用accept()函数取接收请求，这样连接就建立好了。
  accept一般也放在子线程中进行。

    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
        struct sockaddr_in clientAddr;
        socklen_t addressLen;
        
        /**
         参数
         参数一：serverSocketId
         参数二：指定用于返回客户端的协议地址
         参数三：客户端协议地址的长度
         return
         如果accpet成功，那么其返回值是由内核自动生成的一个全新的描述字，代表与返回客户的TCP连接 此处用clientId来接收
         */
        self.clientId = accept(self.serverId, (struct sockaddr*)&clientAddr, &addressLen);
        
        if (self.clientId == -1) {
            NSLog(@"客户端error");
        }
        else {
            uint8_t buf[1024] ;
            ssize_t iReturn = read(self.clientId, buf, sizeof(buf));
            
            if (iReturn>0) {
                NSData *recvData  = [NSData dataWithBytes:buf length:iReturn];
                NSString *recvStr = [[NSString alloc] initWithData:recvData encoding:NSUTF8StringEncoding];
                NSLog(@"客户端来消息了 : %@",recvStr);
            }
        }
    });

这样我们就实现了简单的Socket客户端和服务端的通讯。感兴趣的可以自己试着手动写个Demo，非常简单实用。