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iOS socket网络编程

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相关概念

  • 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。

  • 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。

  • 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”。

  • 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!”。
技术分享

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。
技术分享

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;
    }
}
<script type="text/javascript"> $(function () { $(‘pre.prettyprint code‘).each(function () { var lines = $(this).text().split(‘\n‘).length; var $numbering = $(‘
    ‘).addClass(‘pre-numbering‘).hide(); $(this).addClass(‘has-numbering‘).parent().append($numbering); for (i = 1; i <= lines; i++) { $numbering.append($(‘
  • ‘).text(i)); }; $numbering.fadeIn(1700); }); }); </script>

    iOS socket网络编程