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iOS开发

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iOS Socket 学习篇

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       谈谈 Socket 的大纲

  • 概念
  • 基本操作 Socket、CFSocket、GCDCocoaAysnSocket
  • 第三方封装 SocketRocket、Pemolo、SocketIO
  • 简单功能：测试 & 域名访问 SimplePing
  • 服务端（Mac）
  • 数据格式：使用 二进制 或者 protocolbuffer
  • 模拟 HTTP 和 HTTPS（顺序学习 HTTP 协议头）
  • 抓包 基本协议、了解下 TCP、UDP
  • WebSocket 协议（WebRTC）

       Socket 在很多场景都使用上，如 IM、直播间公屏、推送、推流等等。
       本博文所使用的 chenqihui/QHSocketDemo 项目例子。

概念

       伯克利套接字（英语：Internet Berkeley sockets） ，又称为BSD 套接字(BSD sockets)是一种应用程序接口（API），用于网络套接字（ socket）与Unix域套接字，包括了一个用C语言写成的应用程序开发库，主要用于实现进程间通讯，在计算机网络通讯方面被广泛使用。

       作为介绍 Socket，墙裂推荐下面的文章，服务端的 node.js 也是采用下文作者提供的（只是增加了 SocketIO）。

       Socket 是在 TCP、UDP等协议基础上实现进程间通讯的封装。

       而选择哪种协议可以测试在目前移动网络环境下，哪种更加稳定和功耗更小：

       其他

基本操作

C Socket

       TCP 服务器端：
socket() -> bind() -> listen() -> accept() -阻塞直到有客户端连接-> read() -> write() -> read() -> close()
创建套接字 -> 绑定本机端口 -> 侦听端口 -> 建立连接 - 等待客户端连接 -> 数据传输（请求、回应、请求数据 -> 结束连接

       TCP 客户端：
socket() -> connect -> write() -> read() -> close()
创建套接字 -> 建立连接 -> 数据传输（回应、请求数据） -> 结束连接

创建 Socket，SOCKET_STREAM 是实现 TCP，SOCKET_DGRAM 则是实现 UDP

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/*
一 三种类型的套接字：
1.流式套接字（SOCKET_STREAM)
    提供面向连接的可靠的数据传输服务。数据被看作是字节流，无长度限制。例如FTP协议就采用这种。
2.数据报式套接字（SOCKET_DGRAM）
    提供无连接的数据传输服务，不保证可靠性。
3.原始式套接字（SOCKET_RAW）
    该接口允许对较低层次协议，如IP，ICMP直接访问。
*/
int socket(int domain, int type, int protocol);
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// 1、使用子线程进行 while 访问是否有数据
while ((recvLen = recv(self.socketClient, buf, sizeof(buf), 0))) {...}

// 2、在关闭 Socket 的时候，有可能 Host & Port 会进入等待一段时间，而立即关闭可设置
BOOL bDontLinger = FALSE;
setsockopt(socket, SOL_SOCKET, SO_LINGER, (const char*)&bDontLinger, sizeof(BOOL));

       问题：

       服务端与客户端连接成功之后，服务端关闭，而客户端未关闭（或者在其之后关闭），会造成使用的端口暂时无法继续使用

CFSocket

       它是 iOS 基于 BSD socket 实现的一套通讯 Socket。

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// 1、cfsocketref 怎么断开？
CFSocketInvalidate(s);  //closes the socket, unless you set the option to not close on invalidation
CFRelease(s);  //balance the create

// 2、while read 时候需要判断读取状态，需要对 Socket 的错误 & 终止情况进行处理
CocoaAsyncSocket

       它是谷歌的开发者，基于BSD-Socket写的一个IM框架，它给Mac和iOS提供了易于使用的、强大的异步套接字库，向上封装出简单易用OC接口。

总结

       而以上都是基于最底层的 Socket 实现，虽然在使用的 API 上略微有点不同，可是如果直接使用他们需要处理以下问题

  • 心跳
  • 粘包 & 断包

       它们的处理在上面的参考文章都有所提及。而粘包 & 断包 的处理可最常使用为以下三种

  • 协议头，如 JSON 这类格式，使用长度等参数记录
  • 分隔符
  • 固定长度

第三方封装

SocketRocket

       它是 Objective-C 版的 WebSocket，使用的是 WebSocket 协议，此协议会在后面说明

SocketIO

       有很多人经常讲 Socket.io 与 websocket 搞混，实际上他们并不完全等同。它一个完全由 JavaScript 实现、基于Node.js、支持 WebSocket 协议用于实时通信、跨平台的开源框架，它包括了客户端的JavaScript和服务器端的Node.js。也就是说 Socket.io 将 Websocket 和轮询（Polling）机制以及其它的实时通信方式封装成了通用的接口，并且在服务端实现了这些实时通信机制。
       Socket.io 中 主要使用了 websocket，将轮询作为其辅助选项，提供的是相同的接口。其与 node.js 一样，也是事件驱动的。

Pomelo

       网易的 pomelo 协议就是基于 SocketRocket\SocketIO 进行封装。它的分布式体现在了服务端。

1、SocketIO-Pomelo

2、SRWebsocket-Pomelo

       将 Pomelo 只使用 SRWebSocket

总结

       可以发现上述的第三方封装清一色的使用 WebSocket 协议。可以提前了解下协议。

SimplePing

       使用它可以进行域名访问的简单测试，在 《iOS 网速监控 学习篇》4.3. SimplePing 也有提及。

服务端（Mac）

       node.js 服务器：QHSocketDemo/服务端

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// node.js 
node server.js

// 或者在 mac命令行终端 输入
nc -lk [port]

传输格式

二进制

       Socket 传输都是 NSData.bytes。这里的二进制指的是协议，一般在接口传入 NSString/NSDate，最常采用类似是 json 或者 xml 等格式。但会增加多余的字段，而如果采取约定好的字段，如下

length type value
4 4 length

电话 11 String 13812345678
姓名 3 String 某某某
性别 1 int 1/男
婚姻 1 int 0/未婚

爱好 4 String 游泳、跑步、篮球、唱歌

       通过使用 length + value 记录，即写入或者读取都先计算长度，在得到value，当然这里省略了 key，也就是取值顺序是固定的

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- (void)readChar:(NSData *)data {
    int nOffset = 0;
    NSString *t = [self readStringWithData:data output:&nOffset];
    NSString *n = [self readStringWithData:data output:&nOffset];
    NSInteger s = [self readIntWithData:data output:&nOffset];
    NSInteger h = [self readIntWithData:data output:&nOffset];
    NSLog(@"%@,%@,%li,%li", t, n, (long)s, (long)h);
}
ProtocolBuffer

Http & HTTPS

抓包
HTTP
Https（仍在实践中）

1、 by CocoaAsyncSocket

2、 for Android

3、 Https 证书验证

协议

WebSocket

       WebSocket 和 Socket 虽然名称上很像，但两者是完全不同的东西， WebSocket 是建立在 TCP/IP 协议之上，属于应用层的协议，而 Socket 是在应用层和传输层中的一个抽象层，它是将 TCP/IP 层的复杂操作抽象成几个简单的接口来提供给应用层调用。

       正如描述的一样，WebSocket 是一个应用层协议，它定义了握手的规则，数据传输的格式，格式如下：

《WebSocket 实现原理》和
《WebSocket协议简介》里面都详细地介绍了各个字段的含义。

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+-+-+-+-+-------+-+-------------+-------------------------------+
|F|R|R|R| opcode|M| Payload len |    Extended payload length    |
|I|S|S|S|  (4)  |A|     (7)     |             (16/64)           |
|N|V|V|V|       |S|             |   (if payload len==126/127)   |
| |1|2|3|       |K|             |                               |
+-+-+-+-+-------+-+-------------+ - - - - - - - - - - - - - - - +
|     Extended payload length continued, if payload len == 127  |
+ - - - - - - - - - - - - - - - +-------------------------------+
|                               |Masking-key, if MASK set to 1  |
+-------------------------------+-------------------------------+
| Masking-key (continued)       |          Payload Data         |
+-------------------------------- - - - - - - - - - - - - - - - +
:                     Payload Data continued ...                :
+ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - +
|                     Payload Data continued ...                |
+---------------------------------------------------------------+

《WebSocket的原理，以及和Http的关系》不仅介绍了不同处，还相当趣味地介绍了 WebSocket 的握手规则，当然上面的博文也都有说明，和《刨根问底HTTP和WebSocket协议》、《刨根问底HTTP和WebSocket协议(二）》

二、WebSocket是什么样的协议，具体有什么优点。

       首先，相对于Http这种非持久的协议来说，WebSocket是一种持久化的协议。

举例说明：

（1）Http的生命周期通过Request来界定，也就是Request一个Response，那么在Http1.0协议中，这次Http请求就结束了。

在Http1.1中进行了改进，是的有一个Keep-alive，也就是说，在一个Http连接中，可以发送多个Request，接收多个Response。

但是必须记住，在Http中一个Request只能对应有一个Response，而且这个Response是被动的，不能主动发起。

（2）WebSocket是基于Http协议的，或者说借用了Http协议来完成一部分握手，在握手阶段与Http是相同的。

       首先我们来看个典型的Websocket握手（借用Wikipedia的。。）
GET /chat HTTP/1.1
Host: server.example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat
Sec-WebSocket-Version: 13
Origin: http://example.com
熟悉HTTP的童鞋可能发现了，这段类似HTTP协议的握手请求中，多了几个东西。
我会顺便讲解下作用。
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
这个就是Websocket的核心了，告诉Apache、Nginx等服务器：注意啦，窝发起的是Websocket协议，快点帮我找到对应的助理处理不是那个老土的HTTP。
Sec-WebSocket-Key: x3JJHMbDL1EzLkh9GBhXDw==
Sec-WebSocket-Protocol: chat, superchat
Sec-WebSocket-Version: 13
首先，Sec-WebSocket-Key 是一个Base64 encode的值，这个是浏览器随机生成的，告诉服务器：泥煤，不要忽悠窝，我要验证尼是不是真的是Websocket助理。
然后，Sec_WebSocket-Protocol 是一个用户定义的字符串，用来区分同URL下，不同的服务所需要的协议。简单理解：今晚我要服务A，别搞错啦
最后，Sec-WebSocket-Version 是告诉服务器所使用的Websocket Draft（协议版本），在最初的时候，Websocket协议还在 Draft 阶段，各种奇奇怪怪的协议都有，而且还有很多期奇奇怪怪不同的东西，什么Firefox和Chrome用的不是一个版本之类的，当初Websocket协议太多可是一个大难题。。不过现在还好，已经定下来啦大家都使用的一个东西 脱水：服务员，我要的是13岁的噢→_→

       然后服务器会返回下列东西，表示已经接受到请求， 成功建立Websocket啦！
HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: HSmrc0sMlYUkAGmm5OPpG2HaGWk=
Sec-WebSocket-Protocol: chat
这里开始就是HTTP最后负责的区域了，告诉客户，我已经成功切换协议啦~
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
依然是固定的，告诉客户端即将升级的是Websocket协议，而不是mozillasocket，lurnarsocket或者shitsocket。
然后，Sec-WebSocket-Accept 这个则是经过服务器确认，并且加密过后的 Sec-WebSocket-Key。服务器：好啦好啦，知道啦，给你看我的ID CARD来证明行了吧。。
后面的，Sec-WebSocket-Protocol 则是表示最终使用的协议。

至此，HTTP已经完成它所有工作了，接下来就是完全按照Websocket协议进行了。
其后是WebSocket协议的工作。