iOS 中socket的总结

1.什么是socket？

socket()函数用于根据指定的地址族、数据类型和协议来分配一个套接口的描述字及其所用的资源。如果协议protocol未指定（等于0），则使用缺省的连接方式。

对于使用一给定地址族的某一特定套接口，只支持一种协议。但地址族可设为AF_UNSPEC（未指定），这样的话协议参数就要指定了。协议号特定于进行通讯的“通讯域”。

要想理解socket首先得熟悉一下TCP/IP协议族， TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）即传输控制协议/网间协议，定义了主机如何连入因特网及数据如何再它们之间传输的标准，从字面意思来看TCP/IP是TCP和IP协议的合称，但实际上TCP/IP协议是指因特网整个TCP/IP协议族。不同于ISO模型的七个分层，TCP/IP协议参考模型把所有的TCP/IP系列协议归类到四个抽象层中

应用层：TFTP，HTTP，SNMP，FTP，SMTP，DNS，Telnet 等等

传输层：TCP，UDP

网络层：IP，ICMP，OSPF，EIGRP，IGMP

数据链路层：SLIP，CSLIP，PPP，MTU

每一抽象层建立在低一层提供的服务上，并且为高一层提供服务，看起来大概是这样子的：

五层因特网协议栈

各层中的数据包

其实socket 不是协议而是由TCP和UDP封装的一层抽象层（而http是基于socket的协议），它是一组接口。

2.TCP和UDP的区:

TCP：面向连接、传输可靠(保证数据正确性,保证数据顺序)、用于传输大量数据(流模式)、速度慢，建立连接需要开销较多(时间，系统资源)。

UDP：面向非连接、传输不可靠、用于传输少量数据(数据包模式)、速度快。

关于TCP是一种流模式的协议，UDP是一种数据报模式的协议，这里要说明一下，TCP是面向连接的，也就是说，在连接持续的过程中，socket中收到的数据都是由同一台主机发出的（劫持什么的不考虑），因此，知道保证数据是有序的到达就行了，至于每次读取多少数据自己看着办。

而UDP是无连接的协议，也就是说，只要知道接收端的IP和端口，且网络是可达的，任何主机都可以向接收端发送数据。这时候，如果一次能读取超过一个报文的数据，则会乱套。比如，主机A向发送了报文P1，主机B发送了报文P2，如果能够读取超过一个报文的数据，那么就会将P1和P2的数据合并在了一起，这样的数据是没有意义的。

3.TCP三次握手

相对于SOCKET开发者，TCP创建过程和连接拆除过程是由TCP/IP协议栈自动创建的。因此开发者并不需要控制这个过程。但是对于理解TCP底层运作机制，相当有帮助。

这里简单的了解下就好了（实际开发中当建立链接时会自动进行三次握手）

TCP三次握手

所谓三次握手(Three-way Handshake)，是指建立一个TCP连接时，需要客户端和服务器总共发送3个包。

三次握手的目的是连接服务器指定端口，建立TCP连接,并同步连接双方的序列号和确认号并交换 TCP 窗口大小信息.在socket编程中，客户端执行connect()时。将触发三次握手。

4.TCPSocket和UDPSocket的具体实现

首先还是先来了解一下一个socket从创建-发送消息-关闭的流程图吧。TCP和UDP的socket是有区别的，这里给出这两种的设计框架

基本TCP客户—服务器程序设计基本框架

基本UDP客户—服务器程序设计基本框架流程图

常用的Socket类型有两种：流式Socket（SOCK_STREAM）和数据报式Socket（SOCK_DGRAM）。流式是一种面向连接的Socket，针对于面向连接的TCP服务应用；数据报式Socket是一种无连接的Socket，对应于无连接的UDP服务应用。注意由于UDP 面向无连接的（只要知道接收端的IP和端口，且网络是可达的，任何主机都可以向接收端发送数据），所以UDP服务器不需要listen。

在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。

5.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。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)。 close 关闭 socket。
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。

6.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：《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。

7.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；

8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:selfselector:@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];}];
}

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