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iOS网络编程之Socket

2016-12-06 15:20 513 查看
转 罗朝辉 (http://www.cnblogs.com/kesalin/)

 


一,iOS网络编程层次模型

在前文《深入浅出Cocoa之Bonjour网络编程》中我介绍了如何在Mac系统下进行
Bonjour 编程,在那篇文章中也介绍过 Cocoa 中网络编程层次结构分为三层,虽然那篇演示的是 Mac 系统的例子,其实对iOS系统来说也是一样的。iOS网络编程层次结构也分为三层:
Cocoa层:NSURL,Bonjour,Game Kit,WebKit
Core Foundation层:基于 C 的 CFNetwork 和 CFNetServices
OS层:基于 C 的 BSD socket

Cocoa层是最上层的基于 Objective-C 的 API,比如 URL访问,NSStream,Bonjour,GameKit等,这是大多数情况下我们常用的 API。Cocoa 层是基于 Core Foundation 实现的。

Core Foundation层:因为直接使用 socket 需要更多的编程工作,所以苹果对 OS 层的 socket 进行简单的封装以简化编程任务。该层提供了 CFNetwork 和 CFNetServices,其中 CFNetwork 又是基于 CFStream 和 CFSocket。

OS层:最底层的 BSD socket 提供了对网络编程最大程度的控制,但是编程工作也是最多的。因此,苹果建议我们使用 Core Foundation 及以上层的 API 进行编程。

本文将介绍如何在 iOS 系统下使用最底层的 socket 进行编程,这和在 window 系统下使用 C/C++ 进行 socket 编程并无多大区别。

本文源码:https://github.com/kesalin/iOSSnippet/tree/master/KSNetworkDemo

运行效果如下:


 

 


二,BSD socket API 简介

BSD socket API 和 winsock API 接口大体差不多,下面将列出比较常用的 API:
API接口讲解
int socket(int addressFamily, int type,
int protocol)

int close(int socketFileDescriptor)


socket 创建并初始化 socket,返回该 socket 的文件描述符,如果描述符为 -1 表示创建失败。
close 关闭 socket。
通常参数 addressFamily 是 IPv4(AF_INET) 或 IPv6(AF_INET6)。type 表示 socket 的类型,通常是流stream(SOCK_STREAM) 或数据报文datagram(SOCK_DGRAM)。protocol 参数通常设置为0,以便让系统自动为选择我们合适的协议,对于
stream socket 来说会是 TCP 协议(IPPROTO_TCP),而对于 datagram来说会是 UDP 协议(IPPROTO_UDP)。
int bind(int socketFileDescriptor,
sockaddr *addressToBind,
int addressStructLength) 


将 socket 与特定主机地址与端口号绑定,成功绑定返回0,失败返回 -1。
成功绑定之后,根据协议(TCP/UDP)的不同,我们可以对 socket 进行不同的操作:
UDP:因为 UDP 是无连接的,绑定之后就可以利用 UDP socket 传送数据了。
TCP:而 TCP 是需要建立端到端连接的,为了建立 TCP 连接服务器必须调用 listen(int socketFileDescriptor, int backlogSize) 来设置服务器的缓冲区队列以接收客户端的连接请求,backlogSize 表示客户端连接请求缓冲区队列的大小。当调用 listen 设置之后,服务器等待客户端请求,然后调用下面的 accept 来接受客户端的连接请求。
int accept(int socketFileDescriptor,
sockaddr *clientAddress, int
clientAddressStructLength)


接受客户端连接请求并将客户端的网络地址信息保存到 clientAddress 中。
当客户端连接请求被服务器接受之后,客户端和服务器之间的链路就建立好了,两者就可以通信了。
int connect(int socketFileDescriptor,
sockaddr *serverAddress, int
serverAddressLength)


客户端向特定网络地址的服务器发送连接请求,连接成功返回0,失败返回 -1。
当服务器建立好之后,客户端通过调用该接口向服务器发起建立连接请求。对于 UDP 来说,该接口是可选的,如果调用了该接口,表明设置了该 UDP socket 默认的网络地址。对 TCP socket来说这就是传说中三次握手建立连接发生的地方。
注意:该接口调用会阻塞当前线程,直到服务器返回。
hostent* gethostbyname(char *hostname)


使用 DNS 查找特定主机名字对应的 IP 地址。如果找不到对应的 IP 地址则返回 NULL。
int send(int socketFileDescriptor, char
*buffer, int bufferLength, int flags)


通过 socket 发送数据,发送成功返回成功发送的字节数,否则返回 -1。
一旦连接建立好之后,就可以通过 send/receive 接口发送或接收数据了。注意调用 connect 设置了默认网络地址的 UDP socket 也可以调用该接口来接收数据。
int receive(int socketFileDescriptor, char
*buffer, int bufferLength, int flags)


 从 socket 中读取数据,读取成功返回成功读取的字节数,否则返回 -1。
一旦连接建立好之后,就可以通过 send/receive 接口发送或接收数据了。注意调用 connect 设置了默认网络地址的 UDP socket 也可以调用该接口来发送数据。
int sendto(int socketFileDescriptor,
char *buffer, int bufferLength, int
flags, sockaddr *destinationAddress, int
destinationAddressLength)


通过UDP socket 发送数据到特定的网络地址,发送成功返回成功发送的字节数,否则返回 -1。
由于 UDP 可以向多个网络地址发送数据,所以可以指定特定网络地址,以向其发送数据。
int recvfrom(int socketFileDescriptor,
char *buffer, int bufferLength, int
flags, sockaddr *fromAddress, int
*fromAddressLength)


从UDP socket 中读取数据,并保存发送者的网络地址信息,读取成功返回成功读取的字节数,否则返回 -1 。
由于 UDP 可以接收来自多个网络地址的数据,所以需要提供额外的参数,以保存该数据的发送者身份。
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 


 


 


 


 


 


 


 

 

 

 

 

 

 


 

 

 

 


三,服务器工作流程

有了上面的 socket API 讲解,下面来总结一下服务器的工作流程。
服务器调用 socket(...) 创建socket;
服务器调用 listen(...) 设置缓冲区;
服务器通过 accept(...)接受客户端请求建立连接;
服务器与客户端建立连接之后,就可以通过 send(...)/receive(...)向客户端发送或从客户端接收数据;
服务器调用 close 关闭 socket;

由于 iOS 设备通常是作为客户端,因此在本文中不会用代码来演示如何建立一个iOS服务器,但可以参考前文:《深入浅出Cocoa之Bonjour网络编程》看看如何在
Mac 系统下建立桌面服务器。

 


四,客户端工作流程

由于 iOS 设备通常是作为客户端,下文将演示如何编写客户端代码。先来总结一下客户端工作流程。
客户端调用 socket(...) 创建socket;
客户端调用 connect(...) 向服务器发起连接请求以建立连接;
客户端与服务器建立连接之后,就可以通过 send(...)/receive(...)向客户端发送或从客户端接收数据;
客户端调用 close 关闭 socket;


 


五,客户端代码示例

下面的代码就实现了上面客户端的工作流程:

- (void)loadDataFromServerWithURL:(NSURL *)url
{
NSString * host = [url host];
NSNumber * port = [url port];

// Create socket
//
int socketFileDescriptor = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (-1 == socketFileDescriptor) {
NSLog(@"Failed to create socket.");
return;
}

// Get IP address from host
//
struct hostent * remoteHostEnt = gethostbyname([host UTF8String]);
if (NULL == remoteHostEnt) {
close(socketFileDescriptor);

[self networkFailedWithErrorMessage:@"Unable to resolve the hostname of the warehouse server."];
return;
}

struct in_addr * remoteInAddr = (struct in_addr *)remoteHostEnt->h_addr_list[0];

// Set the socket parameters
//
struct sockaddr_in socketParameters;
socketParameters.sin_family = AF_INET;
socketParameters.sin_addr = *remoteInAddr;
socketParameters.sin_port = htons([port intValue]);

// Connect the socket
//
int ret = connect(socketFileDescriptor, (struct sockaddr *) &socketParameters, sizeof(socketParameters));
if (-1 == ret) {
close(socketFileDescriptor);

NSString * errorInfo = [NSString stringWithFormat:@" >> Failed to connect to %@:%@", host, port];
[self networkFailedWithErrorMessage:errorInfo];
return;
}

NSLog(@" >> Successfully connected to %@:%@", host, port);

NSMutableData * data = [[NSMutableData alloc] init];
BOOL waitingForData = YES;

// Continually receive data until we reach the end of the data
//
int maxCount = 5;   // just for test.
int i = 0;
while (waitingForData && i < maxCount) {
const char * buffer[1024];
int length = sizeof(buffer);

// Read a buffer's amount of data from the socket; the number of bytes read is returned
//
int result = recv(socketFileDescriptor, &buffer, length, 0);
if (result > 0) {
[data appendBytes:buffer length:result];
}
else {
// if we didn't get any data, stop the receive loop
//
waitingForData = NO;
}

++i;
}

// Close the socket
//
close(socketFileDescriptor);

[self networkSucceedWithData:data];
}


前面说过,connect/recv/send 等接口都是阻塞式的,因此我们需要将这些操作放在非 UI 线程中进行。如下所示:

NSThread * backgroundThread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self
selector:@selector(loadDataFromServerWithURL:)
object:url];
[backgroundThread start];


同样,在获取到数据或者网络异常导致任务失败,我们需要更新 UI,这也要回到 UI 线程中去做这个事情。如下所示:

- (void)networkFailedWithErrorMessage:(NSString *)message
{
// Update UI
//
[[NSOperationQueue mainQueue] addOperationWithBlock:^{
NSLog(@"%@", message);

self.receiveTextView.text = message;
self.connectButton.enabled = YES;
[self.networkActivityView stopAnimating];
}];
}

- (void)networkSucceedWithData:(NSData *)data
{
// Update UI
//
[[NSOperationQueue mainQueue] addOperationWithBlock:^{
NSString * resultsString = [[NSString alloc] initWithData:data encoding:NSUTF8StringEncoding];
NSLog(@" >> Received string: '%@'", resultsString);

self.receiveTextView.text = resultsString;
self.connectButton.enabled = YES;
[self.networkActivityView stopAnimating];
}];
}


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标签:  ios socket 网络编程