iOS开发网络篇—Socket编程

一、网络各个协议：TCP/IP、SOCKET、HTTP等

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网络七层由下往上分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。

其中物理层、数据链路层和网络层通常被称作媒体层，是网络工程师所研究的对象；

传输层、会话层、表示层和应用层则被称作主机层，是用户所面向和关心的内容。

http协议对应于应用层

tcp协议对应于传输层

ip协议对应于网络层

三者本质上没有可比性。 何况HTTP协议是基于TCP连接的。

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。

我 们在传输数据时，可以只使用传输层（TCP/IP），但是那样的话，由于没有应用层，便无法识别数据内容，如果想要使传输的数据有意义，则必须使用应用层 协议，应用层协议很多，有HTTP、FTP、TELNET等等，也可以自己定义应用层协议。WEB使用HTTP作传输层协议，以封装HTTP文本信息，然 后使用TCP/IP做传输层协议将它发送到网络上。Socket是对TCP/IP协议的封装，Socket本身并不是协议，而是一个调用接口（API），通过Socket，我们才能使用TCP/IP协议。

二、Http和Socket连接区别

相信不少初学手机联网开发的朋友都想知道Http与Socket连接究竟有什么区别，希望通过自己的浅显理解能对初学者有所帮助。

2.1、TCP连接

要想明白Socket连接，先要明白TCP连接。手机能够使用联网功能是因为手机底层实现了TCP/IP协议，可以使手机终端通过无线网络建立TCP连接。TCP协议可以对上层网络提供接口，使上层网络数据的传输建立在“无差别”的网络之上。

建立起一个TCP连接需要经过“三次握手”：

第一次握手：客户端发送syn包(syn=j)到服务器，并进入SYN_SEND状态，等待服务器确认；

第二次握手：服务器收到syn包，必须确认客户的SYN（ack=j+1），同时自己也发送一个SYN包（syn=k），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态；

第三次握手：客户端收到服务器的SYN＋ACK包，向服务器发送确认包ACK(ack=k+1)，此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手。

握

手过程中传送的包里不包含数据，三次握手完毕后，客户端与服务器才正式开始传送数据。理想状态下，TCP连接一旦建立，在通信双方中的任何一方主动关闭连

接之前，TCP

连接都将被一直保持下去。断开连接时服务器和客户端均可以主动发起断开TCP连接的请求，断开过程需要经过“四次握手”（过程就不细写了，就是服务器和客

户端交互，最终确定断开）

2.2、HTTP连接

HTTP协议即超文本传送协议(HypertextTransfer Protocol )，是Web联网的基础，也是手机联网常用的协议之一，HTTP协议是建立在TCP协议之上的一种应用。

HTTP连接最显著的特点是客户端发送的每次请求都需要服务器回送响应，在请求结束后，会主动释放连接。从建立连接到关闭连接的过程称为“一次连接”。

1）在HTTP 1.0中，客户端的每次请求都要求建立一次单独的连接，在处理完本次请求后，就自动释放连接。

2）在HTTP 1.1中则可以在一次连接中处理多个请求，并且多个请求可以重叠进行，不需要等待一个请求结束后再发送下一个请求。

由

于HTTP在每次请求结束后都会主动释放连接，因此HTTP连接是一种“短连接”，要保持客户端程序的在线状态，需要不断地向服务器发起连接请求。通常的

做法是即时不需要获得任何数据，客户端也保持每隔一段固定的时间向服务器发送一次“保持连接”的请求，服务器在收到该请求后对客户端进行回复，表明知道客

户端“在线”。若服务器长时间无法收到客户端的请求，则认为客户端“下线”，若客户端长时间无法收到服务器的回复，则认为网络已经断开。

三、SOCKET原理

3.1、套接字（socket）概念

套接字（socket）是通信的基石，是支持TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。它是网络通信过程中端点的抽象表示，包含进行网络通信必须的五种信息：连接使用的协议，本地主机的IP地址，本地进程的协议端口，远地主机的IP地址，远地进程的协议端口。

应

用层通过传输层进行数据通信时，TCP会遇到同时为多个应用程序进程提供并发服务的问题。多个TCP连接或多个应用程序进程可能需要通过同一个

TCP协议端口传输数据。为了区别不同的应用程序进程和连接，许多计算机操作系统为应用程序与TCP／IP协议交互提供了套接字(Socket)接口。应

用层可以和传输层通过Socket接口，区分来自不同应用程序进程或网络连接的通信，实现数据传输的并发服务。

3.2 、建立socket连接

建立Socket连接至少需要一对套接字，其中一个运行于客户端，称为ClientSocket，另一个运行于服务器端，称为ServerSocket。

套接字之间的连接过程分为三个步骤：服务器监听，客户端请求，连接确认。

服务器监听：服务器端套接字并不定位具体的客户端套接字，而是处于等待连接的状态，实时监控网络状态，等待客户端的连接请求。

客户端请求：指客户端的套接字提出连接请求，要连接的目标是服务器端的套接字。为此，客户端的套接字必须首先描述它要连接的服务器的套接字，指出服务器端套接字的地址和端口号，然后就向服务器端套接字提出连接请求。

连

接确认：当服务器端套接字监听到或者说接收到客户端套接字的连接请求时，就响应客户端套接字的请求，建立一个新的线程，把服务器端套接字的描述发给客户

端，一旦客户端确认了此描述，双方就正式建立连接。而服务器端套接字继续处于监听状态，继续接收其他客户端套接字的连接请求。

3.3、SOCKET连接与TCP连接

创建Socket连接时，可以指定使用的传输层协议，Socket可以支持不同的传输层协议（TCP或UDP），当使用TCP协议进行连接时，该Socket连接就是一个TCP连接。

3.4、Socket连接与HTTP连接

由

于通常情况下Socket连接就是TCP连接，因此Socket连接一旦建立，通信双方即可开始相互发送数据内容，直到双方连接断开。但在实际网络应用

中，客户端到服务器之间的通信往往需要穿越多个中间节点，例如路由器、网关、防火墙等，大部分防火墙默认会关闭长时间处于非活跃状态的连接而导致

Socket 连接断连，因此需要通过轮询告诉网络，该连接处于活跃状态。

而HTTP连接使用的是“请求—响应”的方式，不仅在请求时需要先建立连接，而且需要客户端向服务器发出请求后，服务器端才能回复数据。

很

多情况下，需要服务器端主动向客户端推送数据，保持客户端与服务器数据的实时与同步。此时若双方建立的是Socket连接，服务器就可以直接将数据传送给

客户端；若双方建立的是HTTP连接，则服务器需要等到客户端发送一次请求后才能将数据传回给客户端，因此，客户端定时向服务器端发送连接请求，不仅可以

保持在线，同时也是在“询问”服务器是否有新的数据，如果有就将数据传给客户端。

这里我们使用Socket实现一个聊天室的功能，关于服务器这里的就不介绍了

@interfaceViewController (){

NSInputStream *_inputStream;//对应输入流

NSOutputStream *_outputStream;//对应输出流

}

@property (weak, nonatomic) IBOutlet NSLayoutConstraint *inputViewConstraint;

@property (weak, nonatomic) IBOutlet UITableView *tableView;

@property (nonatomic, strong) NSMutableArray *chatMsgs;//聊天消息数组

@end

懒加载这个消息数组

//从主运行循环移除

//1.建立连接

//定义C语言输入输出流

//把C语言的输入输出流转化成OC对象

//设置代理

//把输入输入流添加到主运行循环

//不添加主运行循环 代理有可能不工作

//打开输入输出流

//登录

//发送用户名和密码

//在这里做的时候，只发用户名，密码就不用发送

//如果要登录，发送的数据格式为 "iam:zhangsan";

//如果要发送聊天消息，数据格式为 "msg:did you have dinner";

//登录的指令11NSString *loginStr =@"iam:zhangsan";

//把Str转成NSData

//建立一个缓冲区 可以放1024个字节

//返回实际装的字节数

//把字节数组转化成字符串

//从服务器接收到的数据

//聊天信息

//刷新表格

//发送数据

//发送完数据，清空textField

//数据多，应该往上滚动

}

//监听键盘

//获取窗口的高度

//键盘结束的Frm

//获取键盘结束的y值

iOS 多线程开发GCD如何控制最大并发数

GCD是一套C语言的API，所以没有什么属性控制最大并发量，用dispatch_semaphore_t(信号量)来实现。

信号量定义：

信号量(Semaphore)，有时被称为信号灯，是在多线程环境下使用的一种设施，是可以用来保证两个或多个关键代码段不被并发调用。

在进入一个关键代码段之前，线程必须获取一个信号量；一旦该关键代码段完成了，那么该线程必须释放信号量。

iOS 如何解决并发请求时，只接受最后一个请求返回的结果

你指的是同一个请求发送多次的情况吧？

如果是这样的话，设置计数器，每次请求同一个请求+1，收到resoponse 或者超时-1，.然后收到response后就用新的response覆盖之前的就行了。直到计数器为0，处理

刚刚，阿里开源 iOS 协程开发框架 coobjc！

阿里妹导读：刚刚，阿里巴巴正式对外开源了基于 Apache 2.0 协议的协程开发框架 coobjc，开发者们可以在 Github 上自主下载。

coobjc是为iOS平台打造的开源协程开发框架，支持Objective-C和Swift，同时提供了cokit库为Foundation和UIKit中的部分API提供了 协程 化支持，本文将为大家详细介绍coobjc的设计理念及核心优势。

从2008年第一个iOS版本发布至今的11年时间里，iOS的异步编程方式发展缓慢。

基于 Block 的异步编程回调是目前 iOS 使用最广泛的异步编程方式，iOS 系统提供的 GCD 库让异步开发变得很简单方便，但是基于这种编程方式的缺点也有很多，主要有以下几点：

针对多线程以及尤其引发的各种崩溃和性能问题，我们制定了很多编程规范、进行了各种新人培训，尝试降低问题发生的概率，但是问题依然很严峻，多线程引发的问题占比并没有明显的下降，异步编程本来就是很复杂的事情，单靠规范和培训是难以从根本上解决问题的，需要有更加好的编程方式来解决。

上述问题在很多系统和语言开发中都可能会碰到，解决问题的标准方式就是使用协程，C#、Kotlin、Python、Javascript 等热门语言均支持协程极其相关语法，使用这些语言的开发者可以很方便的使用协程及相关功能进行异步编程。

2017 年的 C++ 标准开始支持协程，Swift5 中也包含了协程相关的标准，从现在的发展趋势看基于协程的全新的异步编程方式，是我们解决现有异步编程问题的有效的方式，但是苹果基本已经不会升级 Objective-C 了，因此使用Objective-C的开发者是无法使用官方的协程能力的，而最新 Swift 的发布和推广也还需要时日，为了让广大iOS开发者能快速享受到协程带来的编程方式上的改变，手机淘宝架构团队基于长期对系统底层库和汇编的研究，通过汇编和C语言实现了支持 Objective-C 和 Swift 协程的完美解决方案 —— coobjc。

核心能力

内置系统扩展库

coobjc设计

最底层是协程内核，包含了栈切换的管理、协程调度器的实现、协程间通信channel的实现等。

中间层是基于协程的操作符的包装，目前支持async/await、Generator、Actor等编程模型。

最上层是对系统库的协程化扩展，目前基本上覆盖了Foundation和UIKit的所有IO和耗时方法。

核心实现原理

协程的核心思想是控制调用栈的主动让出和恢复。一般的协程实现都会提供两个重要的操作：

我们基于线程的代码执行时候，是没法做出暂停操作的，我们现在要做的事情就是要代码执行能够暂停，还能够再恢复。 基本上代码执行都是一种基于调用栈的模型，所以如果我们能把当前调用栈上的状态都保存下来，然后再能从缓存中恢复，那我们就能够实现yield和 resume。

实现这样操作有几种方法呢？

上述第三种和第四种只是能过做到跳转，但是没法保存调用栈上的状态，看起来基本上不能算是实现了协程，只能算做做demo，第五种除非官方支持，否则自行改写编译器通用性很差。而第一种方案的 ucontext 在iOS上是废弃了的，不能使用。那么我们使用的是第二种方案，自己用汇编模拟一下 ucontext。

模拟ucontext的核心是通过getContext和setContext实现保存和恢复调用栈。需要熟悉不同CPU架构下的调用约定(Calling Convention). 汇编实现就是要针对不同cpu实现一套，我们目前实现了 armv7、arm64、i386、x86_64，支持iPhone真机和模拟器。

说了这么多，还是看看代码吧，我们从一个简单的网络请求加载图片功能来看看coobjc到底是如何使用的。

下面是最普通的网络请求的写法：

下面是使用coobjc库协程化改造后的代码：

原本需要20行的代码，通过coobjc协程化改造后，减少了一半，整个代码逻辑和可读性都更加好，这就是coobjc强大的能力，能把原本很复杂的异步代码，通过协程化改造，转变成逻辑简洁的顺序调用。

coobjc还有很多其他强大的能力，本文对于coobjc的实际使用就不过多介绍了，感兴趣的朋友可以去官方github仓库自行下载查看。

我们在iPhone7 iOS11.4.1的设备上使用协程和传统多线程方式分别模拟高并发读取数据的场景，下面是两种方式得到的压测数据。

从上面的表格我们可以看到使用在并发量很小的场景，由于多线程可以完全使用设备的计算核心，因此coobjc总耗时要比传统多线程略高，但是由于整体耗时都很小，因此差异并不明显，但是随着并发量的增大，coobjc的优势开始逐渐体现出来，当并发量超过1000以后，传统多线程开始出现线程分配异常，而导致很多并发任务并没有执行，因此在上表中显示的是大于20秒，实际是任务已经无法正常执行了，但是coobjc仍然可以正常运行。

我们在手机淘宝这种超级App中尝试了协程化改造，针对部分性能差的页面，我们发现在滑动过程中存在很多主线程IO调用、数据解析，导致帧率下降严重，通过引入coobjc，在不改变原有业务代码的基础上，通过全局hook部分IO、数据解析方法，即可让原来在主线程中同步执行的IO方法异步执行，并且不影响原有的业务逻辑，通过测试验证，这样的改造在低端机(iPhone6及以下的机器)上的帧率有20%左右的提升。

简明

易用

清晰

性能

程序是写来给人读的，只会偶尔让机器执行一下。——Abelson and Sussman

基于协程实现的编程范式能够帮助开发者编写出更加优美、健壮、可读性更强的代码。

协程可以帮助我们在编写并发代码的过程中减少线程和锁的使用，提升应用的性能和稳定性。

本文作者：淘宝技术

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