CFSocket

一、概念理解

1.什么是Socket？

Socket又称为“套接字”，是系统提供的用于网络通信的方法，本质并不是一个协议，没有规定计算机怎么样传递消息，只是给程序员提供一个接口，使用这个接口提供的方法，发送和接收消息。

Socket简化了程序员操作，知道对方的IP和端口号的情况下，就可以给对方发送消息，再有服务端来处理，因此需要服务端和客户端。

2.Socket的通信过程

每一个应用或者服务都有一个端口，因此需要包含以下的步骤：

• 服务端利用Socket监听端口；

• 客户端发起连接；

• 服务端返回信息，建立连接，开始通信；

• 客户端，服务端断开连接；

二、各协议的区别

OSI模型把网络通信分成7层，由低向高分别是：物理层，数据链路层，网络层，传输层，会话层，表示层和应用层。

我们常用的HTTP协议是对应应用层，TCP协议对应传输层，IP协议对应网络层，HTTP协议是基于TCP连接。

TCP/IP是传输层协议，主要解决数据如何在网络中传输；而HTTP是应用层协议，主要解决如何包装数据。

在传输数据时候可以只是用TCP/IP，但是这样没有应用层，无法识别传输的数据类容，这样是没有意义的，如果想使传输的数据有意义，则必须使用应用层协议，HTTP就是一种，WEB使用它，封装HTTP文本信息，然后使用TCP/IP协议传输到网络上

Socket实际上就是对TCP/IP协议的封装，本身并不是协议，而是调用一个接口（API），通过Socket，我们才能使用TCP/IP协议；

HTTP和Socket连接的区别

1.TCP连接

Socket本身就是对TCP的封装，就要先明白TCP连接：

建立一次TCP连接需要进行"三次握手"：

tcp-三次握手.png

首先了解一下几个标志，SYN（synchronous），同步标志，ACK (Acknowledgement），即确认标志，seq应该是Sequence Number，序列号的意思，另外还有四次握手的fin，应该是final，表示结束标志。

简单的用英语来表示就是：

客户端：hi,how are you？

服务端：fine，thank you,and you？

客户端：i am fine too.

1. 客户端发送一个TCP的SYN标志位置1的包指明客户打算连接的服务器的端口，以及初始序号X,保存在包头的序列号(Sequence Number)字段里。
2. 服务器发回确认包(ACK)应答。即SYN标志位和ACK标志位均为1同时，将确认序号(Acknowledgement Number)设置为客户的序列号加1以，即X+1。
3. 客户端再次发送确认包(ACK) SYN标志位为0，ACK标志位为1。并且把服务器发来ACK的序号字段+1，放在确定字段中发送给对方.并且在数据段放写序列号的+1。

只有进行完三次握手后，才能正式传输数据，理想状态下只要建立起连接，在通信双方主动关闭连接之前，TCP连接将会一直保持下去。三次握手能够确保对面已经收到自己的同步序列号，这样就可以保证后续数据包的丢失可以被察觉，这也是TCP流式传输的基础。

断开TCP连接需要发送4个包，客户端和服务端都可以发起这个请求，在Socket编程中任何一方执行close（）操作就会产生"四次握手"：

tcp-四次握手.png

关闭为什么是4次，而连接是3次，是因为当服务端收到客户端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文，ACK用来回应，SYN用来同步。但是当关闭连接的情况下，接收端收到FIN报文时候，很可能不会立即关闭，所以先发送一个ACK报文告诉发送端我收到了，只有等接收端报文全部发送完了，才能发送FIN报文。

2.HTTP连接

HTPP协议即超文本传送协议，是建立在TCP协议之上的一种。客户端每次发送的请求都要服务端回送响应，请求结束后，会自动释放连接。

3.Socekt连接

概念：Socket是通信的基石，是支持TCP/IP协议的基本操作单元，包含5种信息：连接使用的协议，本机主机IP地址，本地进程的端口号，远程主机IP地址，远程进程的协议端口。

应用层通过传输层进行数据传输时候，可能会遇到同一个TCP协议端口传输好几种数据，可以通过socket来区分不同应用程序或者网络连接。

建立Socket连接的步骤

1. 至少需要1对，一个作用于客户端，一个在服务端；
2. 连接分为三个步骤：服务器监听，客户端请求，连接确认；
3. 服务器监听：并不对应具体的客户端socket，而是处于等待连接状态，实时监听网络状态，等待客户端连接；
4. 客户端请求：客户端的套接字向服务端套接字发起连接请求，因此需要知道服务端的套接字的地址和端口号，而且需要描述他要连接的服务器的套接字；
5. 连接确认：当服务端套接字监听到或者接收到客户端的套接字的连接请求，就响应客户端的套接字，建立一个新的连接，把服务端的套接字的描述发给客户端，一旦确认，双方就正式建立连接。而且服务端的套接字仍在监听状态，继续接受其他客户端的套接字。

Socket HTTP TCP区别

Socket连接可以指定传输层协议，可以是TCP或者UDP，当时TCP协议时候就是一个TCP连接。而HTTP连接是请求->响应的方式，在请求时候需要先建立连接，然后客户端向服务器发出请求之后，服务器才能回复数据。而Socket一旦建立连接，服务器可以主动将数据传输给客户端；而HTTP则需要客户端先向服务器发送请求之后才能将数据返回给客户端。但实际上Socket建立之后因为种种原因，会导致断开连接，其中一个原因就是防火墙会断开长时间处于非活跃状态的连接，因此需要轮询高速网络，这个连接是活跃的。

三、在iOS里面的使用

iOS提供了Socket网络编程接口CFSocket，tcp和udp的socket是有区别的。

基于TCP的Socket：

tcp_Socket.png

基于UDP的Socket

udp_Socket.png

常用的Socket类型分为两种，流式Socket（SOCKET_STREAM）和数据报式（SOCKET_DGRAM）,流式针对于面向TCP连接的应用，而数据报式是一种无连接的Socket，对应于无连接的UDP服务应用。

iOS官方给出的使用时CFSocket，它是基于BSD Socket进行抽象和封装，CFSocket 中包含了少数开销，它几乎可以提供 BSD sockets 所具有的一切功能，并且把 socket 集成进一个“运行循环”当中。CFSocket 并不仅仅限于基于流的 sockets (比如 TCP)，它可以处理任何类型的 socket。

你可以利用 CFSocketCreate 功能从头开始创建一个 CFSocket 对象，或者利用 CFSocketCreateWithNative 函数从 BSD socket 创建。然后，需要利用函数 CFSocketCreateRunLoopSource 创建一个“运行循环”源，并利用函数CFRunLoopAddSource 把它加入一个“运行循环”。这样不论 CFSocket 对象是否接收到信息， CFSocket 回调函数都可以运行。

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好了，废话少说，进入正题。

客户端

客户端创建Socket相对简单不少，步骤如下：

0.(可选)创建CFSocketContext->用来关联Socket上下文信息

  /*  struct CFSocketContext  {      CFIndex version; 版本号，必须为0      void *info; 一个指向任意程序定义数据的指针，可以在CFScocket对象刚创建的时候与之关联，被传递给所有在上下文中回调；      CFAllocatorRetainCallBack retain; info指针中的retain回调，可以为NULL      CFAllocatorReleaseCallBack release; info指针中的release的回调，可以为NULL      CFAllocatorCopyDescriptionCallBack copyDescription; info指针中的回调描述，可以为NULL  };  typedef struct CFSocketContext CFSocketContext;  */实现代码：  //这里把self作为数据指针传过去，这样在回调的时候就能拿到当前的VC  CFSocketContext sockContext = {0,(__bridge void *)(self),NULL,NULL,NULL};

1.创建CFSocket对象

     CFSocketRef SocketRef = CFSocketCreate    (      //内存分配类型，一般为默认的Allocator->kCFAllocatorDefault     <#CFAllocatorRef allocator#>,      //协议族,一般为Ipv4:PF_INET,(Ipv6,PF_INET6)     <#SInt32 protocolFamily#>,     //套接字类型，TCP用流式—>SOCK_STREAM，UDP用报文式->SOCK_DGRAM     <#SInt32 socketType#>,     //套接字协议，如果之前用的是流式套接字类型：PPROTO_TCP，如果是报文式：IPPROTO_UDP     <#SInt32 protocol#>,     //回调事件触发类型 *1     <#CFOptionFlags callBackTypes#>,     //触发时候调用的方法 *2     <#CFSocketCallBack callout#>,     //用户定义的数据指针，用于对CFSocket对象的额外定义或者申明，可以为NULL     <#const CFSocketContext *context#>     );*1 具体的回调事件触发类型enum CFSocketCallBackType {   kCFSocketNoCallBack = 0,   kCFSocketReadCallBack = 1,   kCFSocketAcceptCallBack = 2,（常用）   kCFSocketDataCallBack = 3,   kCFSocketConnectCallBack = 4,   kCFSocketWriteCallBack = 8};typedef enum CFSocketCallBackType CFSocketCallBackType;*2具体的触发调用的方法CFSocketCallBack  在CFsocket对象中某个活跃类型被触发时候调用的触发函数官方的申明是：typedef void (*CFSocketCallBack) ( CFSocketRef s, CFSocketCallBackType callbackType, CFDataRef address, const void *data, void *info );也就是新建的这个方法要包含这些参数/*! *  @brief socket回调函数 * *  @param s            socket对象； *  @param callbackType 这个socket对象的活动类型； *  @param address      socket对象连接的远程地址，CFData对象对应的是socket对象中的protocol family（struct sockaddr_in 或者 struct sockaddr_in6）， 除了type类型为kCFSocketAcceptCallBack和kCFSocketDataCallBack，否则这个值通常是NULL； *  @param data         跟回调类型相关的数据指针    kCFSocketConnectCallBack：如果失败了，它指向的就是SINT32的错误代码；    kCFSocketAcceptCallBack： 它指向的就是CFSocketNativeHandle    kCFSocketDataCallBack：   它指向的就是将要进来的Data；    其他情况都是NULL *  @param info         与Socket相关的自定义的任意数据 */实现代码：  _socketRef = CFSocketCreate(kCFAllocatorDefault, PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP, kCFSocketConnectCallBack,ServerConnectCallBack, &sockContext);

2.创建Socket需要连接的地址，这是一个结构体，需要包含几个参数，同事IPV4和IPV6不一样

  // ----创建sockadd_in的结构体，该结构体作为socket的地址，IPV6需要改参数  struct sockaddr_in addr;  //创建完结构体先把这个结构体进行清零操作  //memset：将addr中所有字节用0替换并返回addr，作用是一段内存块中填充某个给定的值，它是对较大的结构体或数组进行清零操作的一种最快方法  memset(&addr, 0, sizeof(addr)); /* 设置addr的具体内容  struct sockaddr_in {  __uint8_t    sin_len; 长度  sa_family_t    sin_family;  协议族，用AF_INET->互联网络，TCP，UDP等等  in_port_t    sin_port;    端口号（使用网络字节顺序) htons：将主机的无符号短整形数转换成网络字节顺序  struct    in_addr sin_addr; 存储IP地址，使用inet_addr()这个函数，用来将一个点分十进制的IP转换成一个长整数型数（u_long类型），若字符串有效则将字符串转换为32位二进制网络字节序的IPV4地址，否则为INADDR_NONE  char        sin_zero[8]; 让sockaddr与sockaddr_in两个数据结构保持大小相同而保留的空字节，无需处理         };*/  addr.sin_len = sizeof(addr);  addr.sin_family = AF_INET;  addr.sin_port = htons(19992);  addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(192.168.1.333);

3.把地址转换成CFDataRef

  CFDataRef dataRef = CFDataCreate(kCFAllocatorDefault,(UInt8 *)&addr, sizeof(addr));

4.连接
这里连接有2种方案：

• 方案一：

如果上面SocketRef创建爱你时候选择回调类型为kCFSocketNoCallBack，然后没有设置回调函数，那就直接进行连接

  /*!   *  @brief 连接socket   *   *  @param s       连接的socket   *  @param address 连接的socket的包含的地址参数   *  @param timeout 连接超时时间，如果为负，则不尝试连接，而是把连接放在后台进行，如果_socket消息类型为kCFSocketConnectCallBack，将会在连接成功或失败的时候在后台触发回调函数   *   *  @return        返回CFSocketError类型  CFSocketConnectToAddress(CFSocketRef s, CFDataRef address, CFTimeInterval timeout)  */  CFSocketError result = CFSocketConnectToAddress(_socketRef, dataRef, 5);  /*  typedef CF_ENUM(CFIndex, CFSocketError) {    kCFSocketSuccess = 0,成功    kCFSocketError = -1L,失败    kCFSocketTimeout = -2L 超时};*/

方案二：

如果设置回调参数为kCFSocketConnectCallBack，并且设置了回调函数

  // ----连接  CFSocketConnectToAddress(_socketRef, dataRef, -1);  // ----加入循环中  // ----获取当前线程的RunLoop  CFRunLoopRef runLoopRef = CFRunLoopGetCurrent();  // ----把Socket包装成CFRunLoopSource，最后一个参数是指有多个runloopsource通过同一个runloop时候顺序，如果只有一个source通常为0  CFRunLoopSourceRef sourceRef = CFSocketCreateRunLoopSource(kCFAllocatorDefault, _socketRef, 0);  // ----加入运行循环,第三个参数表示  CFRunLoopAddSource(runLoopRef, //运行循环管                     sourceRef, // 增加的运行循环源, 它会被retain一次                     kCFRunLoopCommonModes //用什么模式把source加入到run loop里面,使用kCFRunLoopCommonModes可以监视所有通常模式添加source                     );  CFRelease(sourceRef);

5.连接成功和失败的判断

如果方案一：

  if (result == kCFSocketSuccess) {        // ----另外一个线程读取数据        dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{            [self readStreamData];        });    }

如果方案二：

void ServerConnectCallBack ( CFSocketRef s, CFSocketCallBackType callbackType, CFDataRef address, const void *data, void *info ){  //这里是当前控制器名字，从info中取得之前存储的控制器，然后在后台执行刷新数据方法  ViewController *vc = (__bridge ViewController *)(info);  ViewController *vc = (__bridge ViewController *)(info);  // ----判断是不是NULL  if (data != NULL) {      printf("连接失败\n");     [vc performSelector:@selector(releaseSocket) withObject:nil];  }else {      printf("连接成功\n");      [vc performSelectorInBackground:@selector(readStreamData) withObject:nil];  }}

6.读取数据

- (void)readStreamData{  // ----定义一个字符型变量  char buffer[512];  /**       int recv( SOCKET s, char FAR *buf, int len, int flags );   不论是客户还是服务器应用程序都用recv函数从TCP连接的另一端接收数据。   （1）第一个参数指定接收端套接字描述符；   （2）第二个参数指明一个缓冲区，该缓冲区用来存放recv函数接收到的数据；   （3）第三个参数指明buf的长度；   （4）第四个参数一般置0。   */  long readData;  //若无错误发生，recv()返回读入的字节数。如果连接已中止，返回0。如果发生错误，返回-1，应用程序可通过perror()获取相应错误信息  while((readData = recv(CFSocketGetNative(_socketRef), buffer, sizeof(buffer), 0))) {      NSString *content = [[NSString alloc] initWithBytes:buffer length:readData encoding:NSUTF8StringEncoding];      dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{           self.infoLabel.text = [NSString stringWithFormat:@"%@\n%@",content,self.infoLabel.text];      });  }  perror("recv");}

7.向服务端上传数据

  NSString *stringTosend = [NSString stringWithFormat:@"%@说：%@",self.nameText.text,self.messageText.text];  const char* data = [stringTosend UTF8String];  /** 成功则返回实际传送出去的字符数, 失败返回-1. 错误原因存于errno*/  int sendData = send(CFSocketGetNative(_socketRef), data, strlen(data) + 1, 0);  if (sendData < 0) {      perror("send");  }

服务端

服务端创建Socket相对复杂一下；

1. 创建Socket对象

   //同客户端，注释就不写了CFSocketRef _socket = CFSocketCreate(kCFAllocatorDefault,                                        PF_INET,                                        SOCK_STREAM,                                        IPPROTO_TCP ,                                        kCFSocketAcceptCallBack,                                        TCPServerAcceptCallBack,                                        NULL);if (_socket == NULL) { NSLog(@"创建Socket失败！"); return;}

2. 设置允许重用本地地址和端口
   这里首先介绍下setsockopt()这个函数，它是用来设置Socket关联的选项,选项可能存在于多层协议中，它们总会出现在最上面的套接字层。当操作套接字选项时，选项位于的层和选项的名称必须给出。为了操作套接字层的选项，应该 将层的值指定为SOL_SOCKET。为了操作其它层的选项，控制选项的合适协议号必须给出。

int setsockopt(int sock,  //需要设置选项的套接字               int level, //选项所在的协议层               int optname, //需要访问的选项名               const void *optval, //新选项值的缓冲               socklen_t optlen //现选项的长度               );/* 成功返回0，失败返回-1。失败的errno：EBADF：sock不是有效的文件描述词EFAULT：optval指向的内存并非有效的进程空间EINVAL：在调用setsockopt()时，optlen无效ENOPROTOOPT：指定的协议层不能识别选项ENOTSOCK：sock描述的不是套接字*//*参数的详细说明1. level指定控制套接字的层次.可以取三种值:1)SOL_SOCKET:通用套接字选项.（常用）2)IPPROTO_IP:IP选项.3)IPPROTO_TCP:TCP选项.　2. optname指定控制的方式(选项的名称) SO_REUSERADDR- 允许重用本地地址和端口- int3.optval设置套接字选项.根据选项名称的数据类型进行转换，这里是int类型，我把它用BOOL来代替，1表示YES,0表示NO；4. optlen 是指上面optval长度*/

具体的代码：

  BOOL reused = YES;  //设置允许重用本地地址和端口  setsockopt(CFSocketGetNative(_socket), SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (const void *)&reused, sizeof(reused));

3.创建Socket需要连接的地址

  //定义sockaddr_in类型的变量，该变量将作为CFSocket的地址  struct sockaddr_in Socketaddr;  memset(&Socketaddr, 0, sizeof(Socketaddr));  Socketaddr.sin_len = sizeof(Socketaddr);  Socketaddr.sin_family = AF_INET;  //设置该服务器监听本机任意可用的IP地址  //                addr4.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);  //设置服务器监听地址  Socketaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(TEST_IP_ADDR);  //设置服务器监听端口  Socketaddr.sin_port = htons(TEST_IP_PROT);

4.转换地址类型，连接

  //将IPv4的地址转换为CFDataRef  CFDataRef address = CFDataCreate(kCFAllocatorDefault, (UInt8 *)&Socketaddr, sizeof(Socketaddr));  //将CFSocket绑定到指定IP地址  if (CFSocketSetAddress(_socket, address) != kCFSocketSuccess) {      //如果_socket不为NULL，则释放_socket      if (_socket) {          CFRelease(_socket);          exit(1);      }      _socket = NULL;  }

5.加入RunLoop循环监听

  NSLog(@"----启动循环监听客户端连接---");  //获取当前线程的CFRunLoop  CFRunLoopRef cfRunLoop = CFRunLoopGetCurrent();  //将_socket包装成CFRunLoopSource  CFRunLoopSourceRef source = CFSocketCreateRunLoopSource(kCFAllocatorDefault, _socket, 0);  //为CFRunLoop对象添加source  CFRunLoopAddSource(cfRunLoop, source, kCFRunLoopCommonModes);  CFRelease(source);  //运行当前线程的CFRunLoop  CFRunLoopRun();

6.回调函数

//有客户端连接进来的回调函数void TCPServerAcceptCallBack(CFSocketRef socket,                             CFSocketCallBackType type,                             CFDataRef address,                             const void *data,                             void *info){    //如果有客户端Socket连接进来    if (kCFSocketAcceptCallBack == type) {        //获取本地Socket的Handle，这个回调事件的类型是kCFSocketAcceptCallBack，这个data就是一个CFSocketNativeHandle类型指针        CFSocketNativeHandle nativeSocketHandle = *(CFSocketNativeHandle *)data;        //定义一个255数组接收这个新的data转成的socket的地址，SOCK_MAXADDRLEN意思是最长的可能的地址        uint8_t name[SOCK_MAXADDRLEN];        //这个地址数组的长度        socklen_t namelen = sizeof(name);        /**            int    getpeername(int,已经连接的Socket                            struct sockaddr * __restrict,用来接收地址信息                            socklen_t * __restrict 地址长度                            )         作用是从已经连接的Socket中获得地址信息，存到参数2中，地址长度放到参数3中         成功是返回0，如果失败了则返回别的数字，对应不同错误码         */        //获取Socket信息        if (getpeername(nativeSocketHandle,                        (struct sockaddr *)name,                        &namelen) != 0 ) {            perror("getpeername:");            exit(1);        }        //获取连接信息        struct sockaddr_in *addr_in = (struct sockaddr_in *)name;        // ----inet_ntoa将网络地址转换成“.”点隔的字符串格式        NSLog(@"%s:%d连接进来了",inet_ntoa(addr_in->sin_addr),addr_in->sin_port);        //创建一组可读/写的CFStream        readStreamRef  = NULL;        writeStreamRef = NULL;        // ----创建一个和Socket对象相关联的读取数据流        CFStreamCreatePairWithSocket(kCFAllocatorDefault, //内存分配器                                     nativeSocketHandle, //准备使用输入输出流的socket                                     &readStreamRef, //输入流                                     &writeStreamRef);//输出流        // ----CFStreamCreatePairWithSocket(）操作成功后，readStreamRef和writeStreamRef都指向有效的地址，因此判断是不是还是之前设置的NULL就可以了        if (readStreamRef && writeStreamRef) {            //打开输入流和输出流            CFReadStreamOpen(readStreamRef);            CFWriteStreamOpen(writeStreamRef);            // ----一个结构体包含程序定义数据和回调用来配置客户端数据流行为            NSString *aaa = @"earth，wind，fire，be my call";            CFStreamClientContext context = {0,(__bridge void *)(aaa),NULL,NULL};            /**              指定客户端的数据流，当特定事件发生的时候，接受回调             Boolean CFReadStreamSetClient ( CFReadStreamRef stream, 需要指定的数据流                                             CFOptionFlags streamEvents, 具体的事件，如果为NULL，当前客户端数据流就会被移除                                             CFReadStreamClientCallBack clientCB, 事件发生回调函数，如果为NULL，同上                                             CFStreamClientContext *clientContext 一个为客户端数据流保存上下文信息的结构体，为NULL同上                                            );             返回值为TRUE就是数据流支持异步通知，FALSE就是不支持             */            if (!CFReadStreamSetClient(readStreamRef,                                       kCFStreamEventHasBytesAvailable,                                       readStream,                                       &context)) {                exit(1);            }            // ----将数据流加入循环            CFReadStreamScheduleWithRunLoop(readStreamRef,                                            CFRunLoopGetCurrent(),                                            kCFRunLoopCommonModes);            const char *str = "welcome！\n";            //向客户端输出数据            CFWriteStreamWrite(writeStreamRef, (UInt8 *)str, strlen(str) + 1);        }else {            // ----如果失败就销毁已经连接的Socket            close(nativeSocketHandle);        }       } }

7.读取客户端发来的数据

void readStream(CFReadStreamRef readStream,                CFStreamEventType evenType,                void *clientCallBackInfo){    UInt8 buff[2048];    NSString *aaa = (__bridge NSString *)(clientCallBackInfo);    NSLog(@"%@", aaa);    // ----从可读的数据流中读取数据，返回值是多少字节读到的，如果为0就是已经全部结束完毕，如果是-1则是数据流没有打开或者其他错误发生    CFIndex hasRead = CFReadStreamRead(readStream, buff, sizeof(buff));    if (hasRead > 0) {        printf("接收到数据：%s\n",buff);        const char *str = "for the lich king！！\n";        //向客户端输出数据        CFWriteStreamWrite(writeStreamRef, (UInt8 *)str, strlen(str) + 1);    }}

源码地址:https://github.com/medivh-xiong/CFSocket_Demo.git

作者：Medivh
链接：http://www.jianshu.com/p/da02ffd2f718
來源：简书
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