IOS学习之[深入浅出Cocoa]iOS网络编程之Socket

不念不忘少年蓝@ 2022-07-28 09:37 207阅读 0赞

\[深入浅出Cocoa\]iOS网络编程之Socket -罗朝辉 ([http://blog.csdn.net/kesalin][http_blog.csdn.net_kesalin])

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更多 Cocoa 开发文章，敬请访问《深入浅出Cocoa》 CSDN专栏： [http://blog.csdn.net/column/details/cocoa.html][http_blog.csdn.net_column_details_cocoa.html]

### 一，iOS网络编程层次模型 ###

在前文《[深入浅出Cocoa之Bonjour网络编程][Cocoa_Bonjour]》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][https_github.com_kesalin_iOSSnippet_tree_master_KSNetworkDemo]

运行效果如下：

![1365857293_3594.png][]

### 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：

<table style="color:rgb(51,51,51); font-family:Arial; font-size:14px; line-height:26px"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><span style="margin:0px; padding:0px; font-family:Verdana,Arial,Helvetica,sans-serif; text-align:center">API接口</span></td> 
   <td><span style="margin:0px; padding:0px; font-family:Verdana,Arial,Helvetica,sans-serif; text-align:center">讲解</span></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <pre style="white-space:pre-wrap; word-wrap:break-word; font-family:'Courier New'; margin:5px 8px; padding:5px; background-color:rgb(255,255,255)"><span style="margin:0px; padding:0px">int <strong>socket</strong>(int addressFamily, int type,</span></pre> <pre style="white-space:pre-wrap; word-wrap:break-word; font-family:'Courier New'; margin:5px 8px; padding:5px; background-color:rgb(255,255,255)">int protocol)</pre> <pre style="white-space:pre-wrap; word-wrap:break-word; font-family:'Courier New'; margin:5px 8px; padding:5px; background-color:rgb(255,255,255)"></pre> <pre style="white-space:pre-wrap; word-wrap:break-word; font-family:'Courier New'; margin:5px 8px; padding:5px; background-color:rgb(255,255,255)">int <strong>close</strong>(int socketFileDescriptor)</pre> <pre style="white-space:pre-wrap; word-wrap:break-word; font-family:'Courier New'; margin:5px 8px; padding:5px; background-color:rgb(255,255,255)"><span style="margin:0px; padding:0px">
</span></pre> </td> 
   <td> 
    <div style="margin:0px; padding:0px"> 
     <span style="margin:0px; padding:0px; font-family:Verdana,Arial,Helvetica,sans-serif">socket</span> 
     <span style="margin:0px; padding:0px; font-family:Verdana,Arial,Helvetica,sans-serif">&nbsp;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。</span> 
    </div> 
    <div style="margin:0px; padding:0px"> 
     <br> 
    </div> <span style="margin:0px; padding:0px; font-family:Verdana,Arial,Helvetica,sans-serif"></span> 
    <div style="margin:0px; padding:0px">
      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)。 
    </div> 
    <div style="margin:0px; padding:0px"> 
     <br> 
    </div> <span style="margin:0px; padding:0px; font-family:Verdana,Arial,Helvetica,sans-serif"></span> 
    <div style="margin:0px; padding:0px">
      close&nbsp;关闭 socket。 
    </div> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <pre style="white-space:pre-wrap; word-wrap:break-word; font-family:'Courier New'; margin:5px 8px; padding:5px; background-color:rgb(255,255,255)">
     
      
     <div style="margin:0px; padding:0px">
      
       
      int 
      
       
      <strong>bind</strong>(int socketFileDescriptor,
     
      
     </div><span style="margin:0px; padding:0px">sockaddr *addressToBind,
</span>
     
      
     <div style="margin:0px; padding:0px"></div>int addressStructLength)
&nbsp;</pre> </td> 
   <td> <p style="margin:14px auto; padding-top:0px; padding-bottom:0px; font-family:Verdana,Arial,Helvetica,sans-serif; font-size:10px"> <span style="margin:0px; padding:0px">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。</span></p> <p style="margin:14px auto; padding-top:0px; padding-bottom:0px; font-family:Verdana,Arial,Helvetica,sans-serif; font-size:10px"> </p> 
    <div style="margin:0px; padding:0px"> 
     <span style="margin:0px; padding:0px">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：</span> 
    </div> <span style="margin:0px; padding:0px"></span> 
    <div style="margin:0px; padding:0px">
      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。 
    </div> <span style="margin:0px; padding:0px"></span> 
    <div style="margin:0px; padding:0px">
      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。 
    </div> <p style="margin-top:0px; margin-bottom:0px; padding-top:0px; padding-bottom:0px"> </p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <pre style="white-space:pre-wrap; word-wrap:break-word; font-family:'Courier New'; margin:5px 8px; padding:5px; background-color:rgb(255,255,255)">
     
      
     <div style="margin:0px; padding:0px">
      
       
      int 
      
       
      <strong>accept</strong>(int socketFileDescriptor,
     
      
     </div><span style="margin:0px; padding:0px"></span>
     
      
     <div style="margin:0px; padding:0px">
      
       
      sockaddr *clientAddress, int
     
      
     </div>
     
      
     <div style="margin:0px; padding:0px">
      
       
      clientAddressStructLength)
     
      
     </div></pre> </td> 
   <td> <p style="margin:14px auto; padding-top:0px; padding-bottom:0px; font-family:Verdana,Arial,Helvetica,sans-serif; font-size:10px"> <span style="margin:0px; padding:0px">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。</span></p> <p style="margin:14px auto; padding-top:0px; padding-bottom:0px; font-family:Verdana,Arial,Helvetica,sans-serif; font-size:10px"> <span style="margin:0px; padding:0px">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。</span></p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <pre style="white-space:pre-wrap; word-wrap:break-word; font-family:'Courier New'; margin:5px 8px; padding:5px; background-color:rgb(255,255,255)">
     
      
     <div style="margin:0px; padding:0px">
      
       
      int 
      
       
      <strong>connect</strong>(int socketFileDescriptor,
     
      
     </div><span style="margin:0px; padding:0px"></span>
     
      
     <div style="margin:0px; padding:0px">
      
       
      sockaddr *serverAddress, int
     
      
     </div>
     
      
     <div style="margin:0px; padding:0px">
      
       
      serverAddressLength)
     
      
     </div></pre> </td> 
   <td> <p style="margin:14px auto; padding-top:0px; padding-bottom:0px; font-family:Verdana,Arial,Helvetica,sans-serif; font-size:10px"> <span style="margin:0px; padding:0px">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。</span></p> <p style="margin:14px auto; padding-top:0px; padding-bottom:0px; font-family:Verdana,Arial,Helvetica,sans-serif; font-size:10px"> <span style="margin:0px; padding:0px">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&nbsp;TCP socket来说这就是传说中三次握手建立连接发生的地方。</span></p> <p style="margin:14px auto; padding-top:0px; padding-bottom:0px; font-family:Verdana,Arial,Helvetica,sans-serif; font-size:10px"> <span style="margin:0px; padding:0px">注意：该接口调用会阻塞当前线程，直到服务器返回。</span></p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <pre style="white-space:pre-wrap; word-wrap:break-word; font-family:'Courier New'; margin:5px 8px; padding:5px; background-color:rgb(255,255,255)"><span style="margin:0px; padding:0px">hostent* <strong>gethostbyname</strong>(char *hostname)</span></pre> </td> 
   <td><span style="margin:0px; padding:0px; font-family:Verdana,Arial,Helvetica,sans-serif">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。</span></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <pre style="white-space:pre-wrap; word-wrap:break-word; font-family:'Courier New'; margin:5px 8px; padding:5px; background-color:rgb(255,255,255)">
     
      
     <div style="margin:0px; padding:0px">
      
       
      int 
      
       
      <strong>send</strong>(int socketFileDescriptor, char
     
      
     </div><span style="margin:0px; padding:0px"></span>
     
      
     <div style="margin:0px; padding:0px">
      
       
      *buffer, int bufferLength, int flags)
     
      
     </div></pre> </td> 
   <td> <p style="margin:14px auto; padding-top:0px; padding-bottom:0px; font-family:Verdana,Arial,Helvetica,sans-serif; font-size:10px"> <span style="margin:0px; padding:0px">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。</span></p> <p style="margin:14px auto; padding-top:0px; padding-bottom:0px; font-family:Verdana,Arial,Helvetica,sans-serif; font-size:10px"> <span style="margin:0px; padding:0px">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。</span></p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <pre style="white-space:pre-wrap; word-wrap:break-word; font-family:'Courier New'; margin:5px 8px; padding:5px; background-color:rgb(255,255,255)">
     
      
     <div style="margin:0px; padding:0px">
      
       
      int 
      
       
      <strong>receive</strong>(int socketFileDescriptor,
     
      
     </div>
     
      
     <div style="margin:0px; padding:0px">
      
       
      char *buffer, int bufferLength, int flags)
     
      
     </div></pre> </td> 
   <td> <p style="margin:14px auto; padding-top:0px; padding-bottom:0px; font-family:Verdana,Arial,Helvetica,sans-serif; font-size:10px"> <span style="margin:0px; padding:0px">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。</span></p> <p style="margin:14px auto; padding-top:0px; padding-bottom:0px; font-family:Verdana,Arial,Helvetica,sans-serif; font-size:10px"> <span style="margin:0px; padding:0px">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。</span></p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <pre style="white-space:pre-wrap; word-wrap:break-word; font-family:'Courier New'; margin:5px 8px; padding:5px; background-color:rgb(255,255,255)">
     
      
     <div style="margin:0px; padding:0px">
      
       
      int 
      
       
      <strong>sendto</strong>(int socketFileDescriptor,
     
      
     </div><span style="margin:0px; padding:0px"></span>
     
      
     <div style="margin:0px; padding:0px">
      
       
      char *buffer, int bufferLength, int
     
      
     </div>
     
      
     <div style="margin:0px; padding:0px">
      
       
      flags, sockaddr *destinationAddress, int
     
      
     </div>
     
      
     <div style="margin:0px; padding:0px">
      
       
      destinationAddressLength)
     
      
     </div></pre> </td> 
   <td> <p style="margin:14px auto; padding-top:0px; padding-bottom:0px; font-family:Verdana,Arial,Helvetica,sans-serif; font-size:10px"> <span style="margin:0px; padding:0px">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。</span></p> <p style="margin:14px auto; padding-top:0px; padding-bottom:0px; font-family:Verdana,Arial,Helvetica,sans-serif; font-size:10px"> <span style="margin:0px; padding:0px">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。</span></p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <pre style="white-space:pre-wrap; word-wrap:break-word; font-family:'Courier New'; margin:5px 8px; padding:5px; background-color:rgb(255,255,255)">
     
      
     <div style="margin:0px; padding:0px">
      
       
      int 
      
       
      <strong>recvfrom</strong>(int socketFileDescriptor,
     
      
     </div><span style="margin:0px; padding:0px"></span>
     
      
     <div style="margin:0px; padding:0px">
      
       
      char *buffer, int bufferLength, int
     
      
     </div>flags, sockaddr *fromAddress, int

<div style="margin:0px; padding:0px"></div>*fromAddressLength)</pre> </td> 
   <td> <p style="margin:14px auto; padding-top:0px; padding-bottom:0px; font-family:Verdana,Arial,Helvetica,sans-serif; font-size:10px"> <span style="margin:0px; padding:0px">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&nbsp;。</span></p> <p style="margin:14px auto; padding-top:0px; padding-bottom:0px; font-family:Verdana,Arial,Helvetica,sans-serif; font-size:10px"> <span style="margin:0px; padding:0px">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。</span></p> 
    <div style="margin:0px; padding:0px"> 
     <br> 
    </div> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 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。

1.  服务器调用 socket(...) 创建socket；
2.  服务器调用 listen(...) 设置缓冲区；
3.  服务器通过 accept(...)接受客户端请求建立连接；
4.  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；
5.  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][Cocoa_Bonjour]》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。

1.  客户端调用 socket(...) 创建socket；
2.  客户端调用 connect(...) 向服务器发起连接请求以建立连接；
3.  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；
4.  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];
        }];
    }

[http_blog.csdn.net_kesalin]: http://blog.csdn.net/kesalin
[http_blog.csdn.net_column_details_cocoa.html]: http://blog.csdn.net/column/details/cocoa.html
[Cocoa_Bonjour]: http://www.cnblogs.com/kesalin/archive/2011/09/15/cocoa_bonjour.html
[https_github.com_kesalin_iOSSnippet_tree_master_KSNetworkDemo]: https://github.com/kesalin/iOSSnippet/tree/master/KSNetworkDemo
[1365857293_3594.png]: https://img-my.csdn.net/uploads/201304/13/1365857293_3594.png