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1 Socket基础
在IOS中，根据不同的语言环境可以使用不同的方法来创建socket连接。
1) 在Objective-C语言环境使用NSStream类API
＊如果知道远程主机的DNS或者是IP地址，那么可以使用CFStreamCreatePairWithSocketToHost 或者函数 CFStreamCreatePairWithSocketToCFHost创建core foundation的连接，然后将CFStream对象toll-free bridged转换为NSStream 对象。
＊也可以传递给CFStreamCreatePairWithSocketToNetService函数一个CFNetServiceRef对象，来创建一个到Bonjour 服务器上的连接。
2) 在C语言环境使用CFStream类API
可以使用低级别的CFStream API来创建socket连接，这种方式与NSStream API的使用方式一样，也是通过三个函数来创建与远程主机的socket连接：CFStreamCreatePairWithSocketToHost 、CFStreamCreatePairWithSocketToCFHost或CFStreamCreatePairWithSocketToNetService。只是不需要将其转换为NSStream 对象，其使用方式与第1种类似。
3) 在跨平台环境使用POSIX调用
也可以使用POSIX类型的socket连接，但是如果在OS X 和iOS系统中，应避免使用这种方式，因为其使用方式非常繁琐。特别是不要在GUI主线程中使用同步方式的POSIX连接，因为这样会影响用户体验。
2 BSD Socket
2.1 简介
UNIX内核加入TCP/IP协议的时候，便在系统中引入了一种新的IO操作，只不过由于网络连接的不可靠性，所以网络IO比本地设备的IO复杂很多。这一系列的接口叫做BSD Socket API，当初由伯克利大学研发，最终成为网络开发接口的标准。 网络通信从本质上讲也是进程间通信，只是这两个进程一般在网络中不同计算机上。
由于本文重点是讨论IOS的socket编程，并且Apple官网也不推荐使用BSD socket编程，所以这里只稍微纪录，若需详细研究可以参考《UNIX网络编程卷1：套接字联网API（第3版）》和另一篇笔记《Socket知识整理》。
2.2 基本程序
socket连接由TCP和UDP两种类型，而TCP的使用频率较高，下面参考《UNIX网络编程卷1：套接字联网API（第3版）》的基本TCP连接图，实现一个简单的例子，其中这个例子是UNIX程序，即在MAC系统中也可正确执行。
图 21 基本TCP客户端/服务器socket连接图
2.2.1 Client端程序
1 #include <stdio.h>
2 #include <netinet/in.h>
3 #include <sys/socket.h>
4 #include <arpa/inet.h>
5 #include <string.h>
6
7 int main (int argc, const char * argv[])
8 {
9 struct sockaddr_in server_addr;
10 server_addr.sin_len = sizeof(struct sockaddr_in);
11 server_addr.sin_family = AF_INET;
12 server_addr.sin_port = htons(11332);
13 server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
14 bzero(&(server_addr.sin_zero),8);
15
16 int server_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
17 if (server_socket == -1) {
18 perror("socket error");
19 return 1;
20 }
21 char recv_msg[1024];
22 char reply_msg[1024];
23
24 if (connect(server_socket, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(struct sockaddr_in))==0) {
25 //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。
26 while (1) {
27 bzero(recv_msg, 1024);
28 bzero(reply_msg, 1024);
29 long byte_num = recv(server_socket,recv_msg,1024,0);
30 recv_msg[byte_num] = '\0';
31 printf("server said:%s\n",recv_msg);
32
33 printf("reply:");
34 scanf("%s",reply_msg);
35 if (send(server_socket, reply_msg, 1024, 0) == -1) {
36 perror("send error");
37 }
38 }
39 }
40 return 0;
41 }
2.2.2 Server端程序
1 #include <stdio.h>
2 #include <netinet/in.h>
3 #include <sys/socket.h>
4 #include <arpa/inet.h>
5 #include <string.h>
6
7 int main (int argc, const char * argv[])
8 {
9 struct sockaddr_in server_addr;
10 server_addr.sin_len = sizeof(struct sockaddr_in);
11 server_addr.sin_family = AF_INET;//Address families AF_INET互联网地址簇
12 server_addr.sin_port = htons(11332);
13 server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
14 bzero(&(server_addr.sin_zero),8);
15
16 //创建socket
17 int server_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);//SOCK_STREAM 有连接
18 if (server_socket == -1) {
19 perror("socket error");
20 return 1;
21 }
22
23 //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
24 int bind_result = bind(server_socket, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr));
25 if (bind_result == -1) {
26 perror("bind error");
27 return 1;
28 }
29
30 //listen侦听 第一个参数是套接字，第二个参数为等待接受的连接的队列的大小，在connect请求过来的时候,完成三次握手后先将连接放到这个队列中，直到被accept处理。如果这个队列满>了，且有新的连接的时候，对方可能会收到出错信息。
31 if (listen(server_socket, 5) == -1) {
32 perror("listen error");
33 return 1;
34 }
35
36 struct sockaddr_in client_address;
37 socklen_t address_len;
38 int client_socket = accept(server_socket, (struct sockaddr *)&client_address, &address_len);
39 //返回的client_socket为一个全相关的socket，其中包含client的地址和端口信息，通过client_socket可以和客户端进行通信。
40 if (client_socket == -1) {
41 perror("accept error");
42 return -1;
43 }
44
45 char recv_msg[1024];
46 char reply_msg[1024];
47
48 while (1) {
49 bzero(recv_msg, 1024);
50 bzero(reply_msg, 1024);
51
52 printf("reply:");
53 scanf("%s",reply_msg);
54 send(client_socket, reply_msg, 1024, 0);
55
56 long byte_num = recv(client_socket,recv_msg,1024,0);
57 recv_msg[byte_num] = '\0';
58 printf("client said:%s\n",recv_msg);
59
60 }
61
62 return 0;
63 }
3 NSStream Socket
3.1 Cocoa Streams
3.1.1 NSStream相关类
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。
图 31 NSInputStream和NSOutputStream数据转换图
3.1.2 NSStreamDelegate
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;
NSStreamEvent有多种类型，主要的是NSStreamEventHasBytesAvailable，表示已经可以从输入stream对象中读取数据了，或是写入的数据已经被接收了。
3.1.3 与CFStream比较
NSStream是基于CFStream创建的，所以可以将NSInputStream 和NSOutputStream转换为CFWriteStream 和CFReadStream。虽然NSStream和CFStream非常相似，但是它们仍有所不同，NSStream是Cocoa API，它是通过设置delegate类实现异步行为；而CFStream是Core Foundation API，它是通过设置回调函数来实现异步的行为。
3.2 通过NSInputStream 读数据
在Cocoa中，通过NSInputStream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NSInputStream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。
如下例子是打开一个Document目录下的文件"theFile.txt"，该文件预先创建好的。
1 - (void)viewDidLoad {
2 [super viewDidLoad];
3 NSArray *document = NSSearchPathForDirectoriesInDomains(NSDocumentDirectory, NSUserDomainMask, true);
4 NSString *myDocPath = [document objectAtIndex:0];
5 NSString* fileName = [myDocPath stringByAppendingPathComponent:@"theFile.txt"];
6
7 [self setUpStreamForFile:fileName];
8 }
9
10 - (void)setUpStreamForFile:(NSString *)path { //自定义方法，初始化input Stream，并启动读文件
11 NSInputStream *iStream = [[NSInputStream alloc] initWithFileAtPath:path];
12 [iStream setDelegate:self];
13 [iStream scheduleInRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
14 [iStream open];
15 }
16 - (void)stream:(NSStream *)stream handleEvent:(NSStreamEvent)eventCode { //实现协议方法，响应事件。
17 NSMutableData *_data;
18 switch(eventCode) {
19 case NSStreamEventHasBytesAvailable:
20 {
21 uint8_t buf[1024];
22 unsigned int len = 0;
23 len = [(NSInputStream *)stream read:buf maxLength:1024]; //当有可读数据时，才开始读。
24 printf("%s\n",buf);
25 break;
26 }
27 case NSStreamEventEndEncountered:
28 {
29 [stream close];
30 [stream removeFromRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
31 stream = nil;
32 break;
33 }
34 }
35 }
3.3 通过NSOutputStream写数据
在Cocoa中，通过NSOutputStream对象写数据，可以分为如下步骤完成：
a) 从数据源创建和初始化一个NSOutputStream对象；
b) 配置run loop，并打开stream对象；
c) 响应NSOutputStream事件（NSStreamDelegate）；
d) 关闭NSOutputStream对象。
如下例子是打开一个Document目录下的文件"theFile.txt"，并将数据写入该文件中。
1 - (void)viewDidLoad {
2 [super viewDidLoad];
3 NSArray *document = NSSearchPathForDirectoriesInDomains(NSDocumentDirectory, NSUserDomainMask, true);
4 NSString *myDocPath = [document objectAtIndex:0];
5 NSString* fileName = [myDocPath stringByAppendingPathComponent:@"theFile.txt"];
6
7 [self createOutputStream:fileName];
8 }
9
10 - (void)createOutputStream:(NSString *)path
11 {
12 NSOutputStream* oStream = [[NSOutputStream alloc] initToFileAtPath:path append:true];
13 [oStream setDelegate:self];
14 [oStream scheduleInRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
15 [oStream open];
16 }
17
18 - (void)setUpStreamForFile:(NSString *)path {
19 NSInputStream *iStream = [[NSInputStream alloc] initWithFileAtPath:path];
20 [iStream setDelegate:self];
21 [iStream scheduleInRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
22 [iStream open];
23 }
24 - (void)stream:(NSStream *)stream handleEvent:(NSStreamEvent)eventCode
25 {
26 NSOutputStream *oStream = stream;
27 switch(eventCode) {
28 case NSStreamEventHasSpaceAvailable:
29 {
30 uint8_t buf[]="hello my lover";
31 unsigned int len = strlen(buf)+1;
32 [oStream write:(const uint8_t *)buf maxLength:len];
33 [oStream close];
34 break;
35 }
36 case NSStreamEventEndEncountered:
37 {
38 [stream removeFromRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
39 oStream = nil;
40 break;
41 }
42 }
43 }
3.4 建立socket stream
3.4.1 实现原理
由于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。
CFStreamCreatePairWithSocketToHost函数是基于TCP协议创建的socket连接，其函数原型是：
void CFStreamCreatePairWithSocketToHost(CFAllocatorRef alloc, CFStringRef host, UInt32 port, CFReadStreamRef *readStream, CFWriteStreamRef *writeStream);
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。
3.4.2 示例
如下是由NSStream实现的socket client，其中socket server可以使用2章节的例子配合测试。实现的功能是进行client和server消息的收发。
1 - (void)viewDidLoad { //该方法是IOS的入口方法。
2 [super viewDidLoad];
3 NSString *urlStr = [NSString stringWithFormat:@"127.0.0.1"]；
4 [self searchForSite:urlStr];
5 }
1 - (IBAction)searchForSite:(NSString *)urlStr //该方法实现的功能是创建socket连接，并启动对socket描述符进行监听。
2 {
3 CFReadStreamRef readStream;
4 CFWriteStreamRef writeStream;
5 //该方法就是通过CFStream创建的socket连接
6 CFStreamCreatePairWithSocketToHost(NULL, (__bridge CFStringRef)urlStr, 11332, &readStream, &writeStream);
7
8 NSInputStream *inputStream = (__bridge_transfer NSInputStream *)readStream; //实现转换
9 NSOutputStream *outputStream = (__bridge_transfer NSOutputStream *)writeStream;//实现转换
10
11 [inputStream setDelegate:self]; //设置代理
12 [outputStream setDelegate:self];
13
14 [inputStream scheduleInRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
15 [outputStream scheduleInRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
16
17 [inputStream open];
18 [outputStream open];
19
20 /* Store a reference to the input and output streams so that they don't go away.... */
21 }
22 }
1 - (void)stream:(NSStream *)stream handleEvent:(NSStreamEvent)eventCode //该方法是NSStreamDelegate协议方法，对事件的响应方法
2 {
3 switch(eventCode) {
4 case NSStreamEventHasSpaceAvailable: //可写的事件响应处理
5 {
6 NSOutputStream *oStream = stream;//因NSStream不能调用write方法，故需强制转换为NSOutputStream。
7 uint8_t buf[]="hello socket";
8 unsigned int len = strlen(buf)+1;
9 [oStream write:(const uint8_t *)buf maxLength:len];
10 break;
11 }
12 case NSStreamEventEndEncountered: //结束事件
13 {
14 [stream close];
15 [stream removeFromRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
16 stream = nil; // stream is ivar, so reinit it
17 break;
18 }
19 case NSStreamEventNone:
20 {
21 break;
22 }
23 case NSStreamEventOpenCompleted: //打开完成事件
24 {
25 NSLog(@"NSStreamEventOpenCompleted");
26 break;
27 }
28 case NSStreamEventErrorOccurred: //错误发生事件
29 {
30 NSError *theError = [stream streamError];
31 NSLog(@"Error %i: %@", [theError code], [theError localizedDescription]);
32 [stream close];
33 break;
34 }
35 case NSStreamEventHasBytesAvailable: //可读的事件响应处理
36 {
37 NSMutableData *_data;
38 uint8_t buf[1024];
39 unsigned int len = 0;
40 len = [(NSInputStream *)stream read:buf maxLength:1024];
41 if(len) {
42 [_data appendBytes:(const void *)buf length:len];
43 printf("%s\n",buf);
44 } else {
45 NSLog(@"no buffer!");
46 }
47 break;
48 }
49 }
50 }
4 参考文献
[1] Stream Programming Guide.
[2] Networking Programming Topics