【iOS干貨】☞ 初識 Socket 網絡通信

一、概念

• Socket 字面意思又稱“套接字”

• 網絡上的兩個程序（如，客戶端和服務器端）通過一個雙向的通信連接實現數據的交換，這個連接的一端稱為一個Socket。

• 應用程序一般是先通過Socket來建立一個通信連接，再向網絡發出請求或響應網絡請求。

　　

　　說明：

　　　　☞ 客戶端向服務器端發送網絡請求前，必須要先在底層建立一個通信連接（通信管道），才能發送網絡請求。

客戶端向服務器端發送http請求，服務器返回數據，這個過程就是一個數據交換的過程。

客戶端與服務器端進行數據交換，需要先建立一個雙向的通信連接（即一條線、一個通道）

　　　　☞ 客戶端和服務端 兩端都有一個Socket，通過Socket建立一個連接(雙向通信管道)，有了管道就可以進行數據傳輸。

　　　　☞ Socket 就是通信管道的兩個端口，可以理解為管道的入口/出口。

二、網絡通信的要素

　　網絡上的請求就是通過Socket來建立連接然后互相通信

　　1. IP地址（網絡上主機設備的唯一標識）——>尋找服務器主機

　　2. 端口號（定位程序） ——> 尋找程序

1. • 用於標示進程的邏輯地址，不同進程的標示
   • 有效端口：0~65535，其中0~1024由系統使用或者保留端口，開發中建議使用1024以上的端口

　　3. 傳輸協議（就是用什么樣的方式進行交互）

• 通訊的規則
• 常見協議：TCP、UDP

三、傳輸協議 TCP/UDP

　　TCP和UDP：數據傳輸的兩種方式，即把數據從一端傳到另一端的兩種方式

　　1. TCP（傳輸控制協議） —>要建立連接（如：發送HTTP請求，客戶端向服務端發送網絡請求）

☞ 建立連接，形成傳輸數據的通道

☞ 在連接中進行大數據傳輸（數據大小不受限制）

☞ 通過三次握手完成連接，是可靠協議，安全送達

　　　　　　　　說明：在建立通信連接（打通管道）之前有三次握手，目的是為了數據的安全性和可靠性（讓數據安全可靠的傳輸到對方）。

　　　　　　　　舉例：打電話 （理解三次握手）

第一次握手：拿起電話，進行撥號。這個撥號的過程稱為第一次握手。【開始准備連接】

第二次握手：撥通了，對方"喂"了一聲（響應了一聲），我聽到了，稱為第二次握手。【說明我連接你 沒問題】

第三次握手：我聽到了對方"喂"了一聲（響應了一聲），我也習慣性的"喂"了一聲，對方聽到了。【說明你連接我 沒問題】

如果這三個過程都沒有問題，就可以確定通話連接建立成功。

　　　　☞ 必須建立連接，效率會稍低。（每次請求都要建立連接）

　　2. UDP（用戶數據報協議）—>不建立連接 （如：廣播用這個，不斷的發送數據包）

　　　　☞ 將 數據 及 源 和 目的 封裝成數據包中，不需要建立連接

　　　　☞ 每個數據報的大小限制在64KB之內

　　　　☞ 因為無需連接，因此是不可靠協議

　　　　　　舉例：看老師廣播講課，網絡卡主了，再看到的是最新的視頻內容，不能接着看，可能錯過了一些內容。

　　　　☞ 不需要建立連接，速度快 （省掉了三次握手操作）

四、Socket 通信流程圖

☞ bind（）：綁定端口 （80、3306）

☞ listen（）：監聽端口（服務器監聽客戶端有沒有連接到這個端口來）

☞ accept（）：如果有連接到這個端口，就接收這個連接。（通信管道打通，接下來就可以傳輸數據了）

☞ write（）：發請求/寫請求/發數據

☞ read（）：讀請求/讀數據

• HTTP底層就是Socket通信，通過Socket建立連接（通信管道），實現數據傳輸，連接的方式（數據傳輸的方式）是TCP。
• HTTP是一個TCP的傳輸協議(方式)，它是一個可靠、安全的協議。

五、體驗 Socket

　　實現Socket服務端監聽：

1）使用C語言實現。

2）使用 CocoaAsyncSocket 第三方框架（OC），內部是對C的封裝。

　　　　telnet命令：是連接服務器上的某個端口對應的服務。

　　　　telnet命令：telnet host port 

　　　　　　如：telnet www.baidu.com 80　　（IP地址和域名一樣，都能找到主機。）

1. 【案例】寫個10086服務，體驗客戶端與服務端的Socket通信

☞ 自己寫一個服務端，用終端代替客戶端來演示

☞ 掌握：通過Socket對象在服務器里怎么去接收數據和返回數據。

/// ----- MyServiceListener.h -----
@interface MyServiceListener : NSObject
//開啟服務
- (void)start;
@end

/// ----- MyServiceListener.m -----
#import "MyServiceListener.h"
#import "GCDAsyncSocket.h"
/**
 *  服務的監聽者（服務端監聽客戶端連接）
 */
@interface MyServiceListener()<GCDAsyncSocketDelegate>
/** 保存服務端的Socket對象 */
@property (nonatomic, strong) GCDAsyncSocket *serviceSocket;
/** 保存客戶端的所有Socket對象 */
@property (nonatomic, strong) NSMutableArray *clientSocketArr;

@end

@implementation MyServiceListener
- (GCDAsyncSocket *)serviceSocket {
    if (!_serviceSocket) {
        //1.創建一個Socket對象
                //serviceSocket 服務端的Socket只監聽 有沒有客戶端請求連接
               //隊列：代理的方法在哪個隊列里調用 (子線程的隊列)
        _serviceSocket = [[GCDAsyncSocket alloc]initWithDelegate:self delegateQueue:dispatch_get_global_queue(0, 0)];
    }
    return _serviceSocket;
}

- (NSMutableArray *)clientSocketArr {
    if(!_clientSocketArr) {
        _clientSocketArr = [NSMutableArray array];
    }
    return _clientSocketArr;
}

- (void)start {
    //開啟10086服務:5288
    //2.綁定端口 + 開啟監聽
    NSError *error = nil;
    //框架里的這個方法做了兩件事情：綁定端口和開啟監聽
    [self.serviceSocket acceptOnPort:5288 error:&error];
    if (!error) {
        NSLog(@"10086服務開啟成功!");
    } else {
        //失敗的原因是端口被其它程序占用
        NSLog(@"10086服務開啟失敗:%@", error);
    }    
}

#pragma mark -- 實現代理的方法 如果有客戶端的Socket連接到服務器，就會調用這個方法。
- (void)socket:(GCDAsyncSocket *)serviceSocket didAcceptNewSocket:(GCDAsyncSocket *)clientSocket {
    static NSInteger index = 1;
    NSLog(@"客戶端【%ld】已連接到服務器!", index++);
    //1.保存客戶端的Socket（客戶端的Socket被釋放了，連接就會關閉）
    [self.clientSockets addObject:clientSocket];
    
    //提供服務(客戶端一連接到服務器，就打印下面的內容)
    NSMutableString *serviceStr = [[NSMutableString alloc]init];
    [serviceStr appendString:@"========歡迎來到10086在線服務========\n"];
    [serviceStr appendString:@"請輸入下面的數字選擇服務...\n"];
    [serviceStr appendString:@" [0] 在線充值\n"];
    [serviceStr appendString:@" [1] 在線投訴\n"];
    [serviceStr appendString:@" [2] 優惠信息\n"];
    [serviceStr appendString:@" [3] special services\n"];
    [serviceStr appendString:@" [4] 退出\n"];
    [serviceStr appendString:@"=====================================\n"];
    // 服務端給客戶端發送數據
    [clientSocket writeData:[serviceStr dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding] withTimeout:-1 tag:0];
    
    //2.監聽客戶端有沒有數據上傳 (參數1：超時時間，-1代表不超時)
    /**
     *  timeout: 超時時間，-1 代表不超時
     *  tag:標識作用，現在不用就寫0
     */
    [clientSocket readDataWithTimeout:-1 tag:0];
}

#pragma mark -- 服務器端 讀取 客戶端請求（發送）的數據。在服務端接收客戶端數據，這個方法會被調用
- (void)socket:(GCDAsyncSocket *)clientSocket didReadData:(NSData *)data withTag:(long)tag {
    //1.獲取客戶端發送的數據
    NSString *str = [[NSString alloc]initWithData:data encoding:NSUTF8StringEncoding];
    NSInteger index = [self.clientSocketArr indexOfObject:clientSocket];
    NSLog(@"接收到客戶端【%ld】發送的數據:%@", index + 1, str);
    //把字符串轉成數字
    NSInteger num = [str integerValue];
    NSString *responseStr = nil;
    //服務器對應的處理的結果
    switch (num) {
        case 0:
            responseStr = @"在線充值服務暫停中...\n";
            break;
        case 1:
            responseStr = @"在線投訴服務暫停中...\n";
            break;
        case 2:
            responseStr = @"優惠信息沒有\n";
            break;
        case 3:
            responseStr = @"沒有特殊服務\n";
            break;
        case 4:
            responseStr = @"恭喜你退出成功!\n";
            break;
        default:
            break;
    }
    
    //2.服務端處理請求，返回數據(data)給客戶端
    [clientSocket writeData:[responseStr dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding] withTimeout:-1 tag:0];
    //寫完數據后 判斷
    if (num == 4) {
        //移除客戶端，就會關閉連接
        [self.clientSockets removeObject:clientSocket];
    }

    //由於框架內部的實現，每次讀完數據后，都要調用一次監聽數據的方法（保證能接收到客戶端第二次上傳的數據）
    [clientSocket readDataWithTimeout:-1 tag:0];
    
}
@end

/// ----- ViewController.m -----
#import "ViewController.h"
#import "MyServiceListener.h"
@interface ViewController ()

@end

@implementation ViewController
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    //1.創建一個服務監聽對象
    MyServiceListener *listener = [[MyServiceListener alloc]init];
    //2.開始監聽
    [listener start];
    //3.開啟主運行循環，讓服務不能停（服務器一般要永久開啟）
    [[NSRunLoop mainRunLoop] run];
    
}
@end

Demo下載地址：https://github.com/borenfocus/Socket10086ServerDemo 

 

2. 【案例擴展】寫個轉發消息服務（群聊服務端）

• 多個客戶端連接到服務器。
• 當一個客戶端發送消息給服務器時，服務器轉發給其它已經連接的客戶端。
• 相當於一個群聊的雛形。

　　

/// MyService.h
#import <Foundation/Foundation.h>

@interface MyService : NSObject
/** 開啟服務 */
- (void)startService;

@end

/// MyService.m
#import "MyService.h"
#import "GCDAsyncSocket.h"

@interface MyService ()<GCDAsyncSocketDelegate>
/** 保存服務端的Socket對象 */
@property (nonatomic, strong) GCDAsyncSocket *serviceSocket;
/** 保存客戶端的所有Socket對象 */
@property (nonatomic, strong) NSMutableArray *clientSocketArr;

@end

@implementation MyService

//開啟10086服務:5288
- (void)startService {
    NSError *error = nil;
    // 綁定端口 + 開啟監聽
    [self.serviceSocket acceptOnPort:5288 error:&error];
    if (!error) {
        NSLog(@"服務開啟成功！");
    } else {
        NSLog(@"服務開啟失敗！");
    }
}

#pragma mark -- 實現代理的方法 如果有客戶端的Socket連接到服務器，就會調用這個方法。
- (void)socket:(GCDAsyncSocket *)serviceSocket didAcceptNewSocket:(GCDAsyncSocket *)clientSocket {
    // 客戶端的端口號是系統分配的，服務端的端口號是我們自己分配的
    NSLog(@"客戶端【Host:%@, Port:%d】已連接到服務器!", clientSocket.connectedHost, clientSocket.connectedPort);
    //1.保存客戶端的Socket（客戶端的Socket被釋放了，連接就會關閉）
    [self.clientSocketArr addObject:clientSocket];
    
    //2.監聽客戶端有沒有數據上傳 (參數1：超時時間，-1代表不超時；參數2：標識作用，現在不用就寫0)
    [clientSocket readDataWithTimeout:-1 tag:0];
}

#pragma mark -- 服務器端 讀取 客戶端請求（發送）的數據。在服務端接收客戶端數據，這個方法會被調用
- (void)socket:(GCDAsyncSocket *)clientSocket didReadData:(NSData *)data withTag:(long)tag {
    //1.獲取客戶端發送的數據
    NSString *messageStr = [[NSString alloc]initWithData:data encoding:NSUTF8StringEncoding];
    NSLog(@"接收到客戶端【Host:%@, Port:%d】發送的數據:%@",  clientSocket.connectedHost, clientSocket.connectedPort, messageStr);
    // 遍歷客戶端數組
    for (GCDAsyncSocket *socket in self.clientSocketArr) {
        if (socket != clientSocket) { // 不轉發給自己
            //2.服務端把收到的消息轉發給其它客戶端
            [socket writeData:data withTimeout:-1 tag:0];
        }
    }
    //由於框架內部的實現，每次讀完數據后，都要調用一次監聽數據的方法（保證能接收到客戶端第二次上傳的數據）
    [clientSocket readDataWithTimeout:-1 tag:0];
}

- (GCDAsyncSocket *)serviceSocket {
    if (!_serviceSocket) {
        // 1.創建一個Socket對象
        // serviceSocket 服務端的Socket只監聽 有沒有客戶端請求連接
        // 隊列：代理的方法在哪個隊列里調用 (子線程的隊列)
        _serviceSocket = [[GCDAsyncSocket alloc]initWithDelegate:self delegateQueue:dispatch_get_global_queue(0, 0)];
    }
    return _serviceSocket;
}

- (NSMutableArray *)clientSocketArr {
    if (!_clientSocketArr) {
        _clientSocketArr = [[NSMutableArray alloc]init];
    }
    return _clientSocketArr;
}

@end


/// main.m
#import <Foundation/Foundation.h>
#import "MyService.h"

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        //1.創建一個服務監聽對象
        MyService *service = [[MyService alloc]init];
        //2.開始監聽
        [service startService];
        //3.開啟主運行循環，讓服務不能停（服務器一般要永久開啟）
        [[NSRunLoop mainRunLoop] run];
    }
    return 0;
}

 Demo下載地址：https://github.com/borenfocus/SocketGroupServerDemo

3. 【案例】體驗Socket通信-群聊客戶端實現

　　

　　

///  ViewController.m
#import "ViewController.h"
#import "GCDAsyncSocket.h"

@interface ViewController ()<UITableViewDataSource, GCDAsyncSocketDelegate>
@property (weak, nonatomic) IBOutlet UITableView *tableView;
@property (weak, nonatomic) IBOutlet UITextField *textField;
@property (nonatomic, strong) GCDAsyncSocket *clientSocket;

@property (nonatomic, strong) NSMutableArray *dataArr;

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // 實現聊天室
    // 1. 連接到服務器
    NSError *error = nil;
    [self.clientSocket connectToHost:@"192.168.1.95" onPort:5288 error:&error];
    if (error) {
        NSLog(@"error:%@", error);
    }
}

#pragma mark - GCDAsyncSocketDelegate
- (void)socket:(GCDAsyncSocket *)clientSock didConnectToHost:(NSString *)host port:(uint16_t)port {
    NSLog(@"與服務器連接成功！");
    // 監聽讀取數據（在讀數據的時候，要監聽有沒有數據可讀，目的是保證數據讀取到）
    [clientSock readDataWithTimeout:-1 tag:0];
}

- (void)socketDidDisconnect:(GCDAsyncSocket *)sock withError:(NSError *)err {
    NSLog(@"與服務器斷開連接：%@", err);
}

// 讀取數據(接收消息)
- (void)socket:(GCDAsyncSocket *)clientSock didReadData:(NSData *)data withTag:(long)tag {
    NSString *messageStr = [[NSString alloc]initWithData:data encoding:NSUTF8StringEncoding];
    NSLog(@"接收到消息：%@", messageStr);
    messageStr = [NSString stringWithFormat:@"【匿名】：%@", messageStr];
    [self.dataArr addObject:messageStr];
    // 刷新UI要在主線程
    dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
        [self.tableView reloadData];
    });
    
    // 監聽讀取數據（讀完數據后，繼續監聽有沒有數據可讀，目的是保證下一次數據可以讀取到）
    [clientSock readDataWithTimeout:-1 tag:0];
}

#pragma mark - UITableViewDataSource
- (NSInteger)numberOfSectionsInTableView:(UITableView *)tableView {
    return 1;
}

- (NSInteger)tableView:(UITableView *)tableView numberOfRowsInSection:(NSInteger)section {
    return self.dataArr.count;
}

- (UITableViewCell *)tableView:(UITableView *)tableView cellForRowAtIndexPath:(NSIndexPath *)indexPath {
    UITableViewCell *cell = [tableView dequeueReusableCellWithIdentifier:@"cell"];
    cell.textLabel.text = self.dataArr[indexPath.row];
    return cell;
}

- (IBAction)clickSenderBtn:(UIButton *)sender {
    NSLog(@"發送消息");
    [self.view endEditing:YES];
    NSString *senderStr = self.textField.text;
    if (senderStr.length == 0) {
        return;
    }
    // 發送數據
    [self.clientSocket writeData:[senderStr dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding] withTimeout:-1 tag:0];
    
    senderStr = [NSString stringWithFormat:@"【我】：%@", senderStr];
    [self.dataArr addObject:senderStr];
    [self.tableView reloadData];
}

- (GCDAsyncSocket *)clientSocket {
    if (!_clientSocket) {
        _clientSocket = [[GCDAsyncSocket alloc]initWithDelegate:self delegateQueue:dispatch_get_global_queue(0, 0)];
    }
    return _clientSocket;
}

- (NSMutableArray *)dataArr {
    if (!_dataArr) {
        _dataArr = [[NSMutableArray alloc]init];
    }
    return _dataArr;
}

@end

Demo下載地址：https://github.com/borenfocus/SocketGroupClientDemo  

六、長連接和短連接

　　長連接和短連接：是連接的一個保存狀態（保存時間），長連接就是長時間連接，短連接就是短時間連接。

• http網絡請求是短連接。
• 長連接用在即時通信（實時聊天，要隨時隨地的發送信息，考慮到性能，用長連接）

七、Socket 層上的協議

　　Socket層上的協議：指的數據傳輸的格式。

　　1. HTTP協議：定義在網絡上數據傳輸的一種格式。

　　　　傳輸格式：假設：這是假設，實際http的格式不是這樣的。

　　　　http1.1,content-type:multipart/form-data,content-length:188,body:username=zhangsan&password=123456

　　2. XMPP協議：是一款即時通訊協議 （別人定義好的協議，我們經常拿來用）

　　　　是基於可擴展標記語言（XML）的協議，它用於即時消息（IM）以及在線現場探測。

　　　　傳輸格式：

　　　　　　<from>zhangsan<from>

　　　　　　<to>lisi<to>

　　　　　　<body>一起吃晚上</body>

　　3. 自定義即時通訊協議，json格式。

　　　　{

　　　　　　"from": "zhangsan",

　　　　　　"to": "lisi",

　　　　　　"body": "中午一起吃飯",

　　　　}

　　你做什么操作，必須要有一個固定的格式，這樣服務器才知道你要做什么。

　　

　　舉例：寫一封信給北京好友（區別 TCP/UDP 與 HTTP/XMMP）

• 數據傳輸的方式：TCP/UDP —》相當於 EMS/順豐/申通/中通   
• 數據傳輸的格式：HTTP/XMMP —》相當於 信的內容格式 （可以是中文/英文/…等）