iOS学习之Socket,iossocket

最近在做的项目有一项需要耗时任务在后台运行的功能,虽然PHP并不是非常适合做常驻后台的守护进程,但是由于项目主要代码都是基于PHP实现,如果运行在后台的守护进程改换别的语言会非常不方便。所以不可避免会涉及到Web端和Daemon部分的通信,Socket是一个不错的方式。

iOS学习之Socket,iossocket

 Socket在百度百科的定义

  网络上的两个程序通过一个双向的通信连接实现数据的交换,这个连接的一端称为一个socket。

 相关的描述

  Socket的英文原义是“孔”或“插座”。作为BSD
UNIX的进程通信机制,取后一种意思。通常也称作”套接字”,用于描述IP地址和端口,是一个通信链的句柄,可以用来实现不同虚拟机或不同计算机之间的通信。

  在Internet上的主机一
般运行了多个服务软件,同时提供几种服务。每种服务都打开一个Socket,并绑定到一个端口上,不同的端口对应于不同的服务。

  Socket正如其英文原意那样,像一个多孔插座。一台主机犹如布满各种插座的房间,每个插座有一个编号,有的插座提供220伏交流电,
有的提供110伏交流电,有的则提供有线电视节目。
客户软件将插头插到不同编号的插座,就可以得到不同的服务。

 正如上述的介绍Socket一定包含了通信的双发,即客户端(Client)与服务端(server)。

  • 服务器利用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

Socket 第三方 GCDAsyncSocket
的下载地址:

 一、服务器端:

  在服务器端构建的时候,我们需要导入第三方框架和其他的一些C语言包

#import "GCDAsyncSocket.h"

#include <arpa/inet.h>
#include <net/if.h>
#include <ifaddrs.h>

  1、声明一个 socket 并进行初始化 socket

/// 服务器端socket,决定不能使用局部变量,不能被销毁
@property (nonatomic, strong) GCDAsyncSocket *socket;

// 初始化socket
self.socket = [[GCDAsyncSocket alloc] initWithDelegate:self delegateQueue:dispatch_get_main_queue()];

  2、绑定端口,监听连接消息

   端口号设置:端口号大于1024,不能使用市面上已经被占用的断开
eg.8080,8800,因此在绑定时,要进行一个安全判断。

    NSError *error;
    // 绑定端口,监听连接消息
    BOOL result = [self.socket acceptOnPort:[self.portTextField intValue] error:&error];

  3、监听客户端,获取新的socket连接之后调用以下方法,并进行一些逻辑处理

// 参数1:当前服务器的socket
// 参数2:接收到的客户端的新socket
- (void)socket:(GCDAsyncSocket *)sock didAcceptNewSocket:(GCDAsyncSocket *)newSocket;

  4、读取消息

   读取方法是哪个socket调用就读取哪个socket的携带消息(对应的是客户端发送消息)

    // -1 不限定读取时间,tag为一个标记值
    [newSocket readDataWithTimeout:-1 tag:0];

  5、写数据

   写给谁就用谁来调用

// string 变量就是我们要写入的消息,它需要转为Data
// -1 和读取消息时的意思一样,表示不限定时间
// tag 为标记值,一般置为0
[newSocket writeData:[string dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding] withTimeout:-1 tag:0];

  6、读取到 socket 的消息,在 readDataWithTimeout 后执行

   主要用于对接收到消息的处理和将消息转发给另一个接收的客户端,这样就起到两个客户端的通信,具体数据格式和逻辑根据个人需求自行处理。以下方法和readDataWithTimeout
方法配套执行,只要有 readDataWithTimeout 方法,就会有下面的方法

// 参数1:服务器的socket 
// 参数2:服务器读取的数据
// 参数3:标记
- (void)socket:(GCDAsyncSocket *)sock didReadData:(NSData *)data withTag:(long)tag;

  7、关闭服务器

  将服务器的 socket 断开连接后置为nil

#pragma mark - 关闭服务
- (IBAction)stopService:(NSButton *)sender
{
    if (self.socket) {
#warning 关闭
        [self.socket disconnect];
        self.socket = nil;
        [self addInfoString:@"关闭服务"];
    } else {
        [self addInfoString:@"已经关闭,无需重复"];
    }
}

  8、监听连接的断开

  当服务器断开连接后调用,主要用于处理socket存储列表。

// 已经断开连接时调用,监听连接的断开,并且处理socket存储列表
- (void)socketDidDisconnect:(GCDAsyncSocket *)sock withError:(NSError *)err
{
//    [self addInfoString:[NSString stringWithFormat:@"已经断开连接 %@", err]];
    [self addInfoString:[NSString stringWithFormat:@"已经断开连接"]];

    if ([self.clients allKeysForObject:sock].count > 0) {
        // 当客户端断开时,进行一些删除socket的操作
        [self.clients removeObjectForKey:[self.clients allKeysForObject:sock][0]];
        NSLog(@"%@", self.clients);
    } else {
        // 当服务器socket断开时,处理客户端socket列表
        [self.clients removeAllObjects];
        NSLog(@"%@", self.clients);
    }
}

二、客户端

  在构建客户器端的时候,需要导入第三方的类

#import "GCDAsyncSocket.h"

  1、声明和初始化客户端socket(和服务器端类似)

@interface ViewController () <GCDAsyncSocketDelegate>
{
    // client端socket
    GCDAsyncSocket *_clientSocket;
}

@end

_clientSocket = [[GCDAsyncSocket alloc] initWithDelegate:self delegateQueue:dispatch_get_main_queue()];

  2、连接服务器

// 参数1:服务器的IP地址 
// 参数2:服务器的端口号(服务器绑定的端口号)
// 参数3:错误信息
- (BOOL)connectToHost:(NSString*)host onPort:(uint16_t)port error:(NSError **)errPtr

  3、连接到服务器后执行的代理方法

   主要用于从服务器中读取数据

// 连接到服务器
- (void)socket:(GCDAsyncSocket *)sock didConnectToHost:(NSString *)host port:(uint16_t)port
{
    NSLog(@"连接到服务器");
    _serverSocket = sock;
    // 读数据
    [_serverSocket readDataWithTimeout:-1 tag:0];
}

  4、读到服务器反馈的数据

   方法和服务器第6步的方法一样,对服务器反馈的数据进行处理和利用

  5、读写消息的方法后服务器端是一样的,在这里我就不再重复介绍了,大家可以参照服务器的读写消息的方法

三、下面是自己学习的一个简易版的Demo,有兴趣的朋友可以下载看看

 下载地址:

 

Socket在百度百科的定义
网络上的两个程序通过一个双向的通信连接实现数据的交换,这个连接的一端称为一个sock…

Socket
是进程间通信的一种方式,它与其他进程间通信的一个主要不同是:它能实现不同主机间的进程间通信,我们网络上各种各样的服务大多都是基于
Socket 来完成通信的,例如我们每天浏览网页、QQ 聊天、收发 email
等等。要解决网络上两台主机之间的进程通信问题,首先要唯一标识该进程,在
TCP/IP 网络协议中,就是通过 (IP地址,协议,端口号)
三元组来标识进程的,解决了进程标识问题,就有了通信的基础了。

Socket是什么

socket的英文原义是“孔”或“插座”。作为BSD
UNIX的进程通信机制,取后一种意思。通常也称作”套接字”,用于描述IP地址和端口,是一个通信链的句柄。在Internet上的主机一般运行了多个服务软件,同时提供几种服务。每种服务都打开一个Socket,并绑定到一个端口上,不同的端口对应于不同的服务。

以上内容来自百度百科

简单说来,socket可以帮助不同的服务在不同的端口进行通信。

本文主要介绍使用 Python 进行 TCP Socket
网络编程,假设你已经具有初步的网络知识及 Python 基本语法知识。

PHP中的实现

### 服务端

<?php 
set_time_limit(0);
// 设置主机和端口
$host = "127.0.0.1";
$port = 12387;
// 创建一个tcp流
$socket = socket_create(AF_INET, SOCK_STREAM, SOL_TCP) 
    or die("socket_create() failed:" . socket_strerror(socket_last_error()));

// 设置阻塞模式
socket_set_block($socket) 
    or die("socket_set_block() failed:" . socket_strerror(socket_last_error()));  

// 绑定到端口
socket_bind($socket, $host, $port) 
    or die("socket_bind() failed:" . socket_strerror(socket_last_error()));

// 开始监听
socket_listen($socket, 4) 
    or die("socket_listen() failed:" . socket_strerror(socket_last_error()));

echo "Binding the socket on $host:$port ... n";

while (true) {

    // 接收连接请求并调用一个子连接Socket来处理客户端和服务器间的信息
    if (($msgsock = socket_accept($socket)) < 0) {
        echo "socket_accept() failed:" . socket_strerror(socket_last_error());
    }else{
        // 读数据
        $out = '';
        while($buf = socket_read($msgsock,8192)){
            $out .= $buf;
        }

        // 写数据
        $in = "数据是 $out";
        socket_write($msgsock, $in, strlen($in));
    }
    // 结束通信
    socket_close($msgsock);
}
socket_close($socket);
?>

服务端主要进行了以下步骤:

  • 创建Socket的监听,等待连接
  • 当链接到来时,开启一个子连接处理IO
  • 接收来自客户端的传输数据
  • 将结果写回给客户端

TCP 是一种面向连接的传输层协议,TCP Socket 是基于一种 Client-Server
的编程模型,服务端监听客户端的连接请求,一旦建立连接即可以进行传输数据。那么对
TCP Socket 编程的介绍也分为客户端和服务端:

客户端

<?php 
set_time_limit(0);
$host = "127.0.0.1";  
$port = 12387;

// 创建一个tcp流
$socket = socket_create(AF_INET, SOCK_STREAM, SOL_TCP) 
    or die("socket_create() failed:" . socket_strerror(socket_last_error()));

echo "try to connect to $host:$port...n";
$result = socket_connect($socket, $host, $port)
    or die("socket_connect() failed:" . socket_strerror(socket_last_error()));

$in = "hello n";
if(!socket_write($socket, $in, strlen($in))) {
    echo "socket_write() failed:" . socket_strerror($socket);
}else {
    echo "发送成功!n";
}

$out = '';
while($buf = socket_read($socket, 8192)) {
    $out .= $buf;
}
echo "接受内容为:$out n";
socket_close($socket);
?>

客户端主要有以下步骤:

  • 连接到服务端Socket
  • 向服务端写数据
  • 接收来自服务端的数据

客户端编程

创建 socket

首先要创建 socket,用 Python 中 socket 模块的函数 socket 就可以完成:

#Socket client example in python

import socket   #for sockets

#create an AF_INET, STREAM socket (TCP)
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

print 'Socket Created'

函数 socket.socket 创建一个 socket,返回该 socket
的描述符,将在后面相关函数中使用。该函数带有两个参数:

  • Address Family:可以选择 AF_INET(用于 Internet 进程间通信) 或者
    AF_UNIX(用于同一台机器进程间通信)
  • Type:套接字类型,可以是 SOCKET_STREAM(流式套接字,主要用于 TCP
    协议)或者 SOCKET_DGRAM(数据报套接字,主要用于 UDP 协议)

注:由于本文主要概述一下 Python Socket
编程的过程,因此不会对相关函数参数、返回值进行详细介绍,需要了解的可以查看相关手册

错误处理

如果创建 socket 函数失败,会抛出一个 socket.error 的异常,需要捕获:

#handling errors in python socket programs

import socket   #for sockets
import sys  #for exit

try:
    #create an AF_INET, STREAM socket (TCP)
    s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
except socket.error, msg:
    print 'Failed to create socket. Error code: ' + str(msg[0]) + ' , Error message : ' + msg[1]
    sys.exit();

print 'Socket Created'

那么到目前为止已成功创建了 socket,接下来我们将用这个 socket
来连接某个服务器,就连
www.google.com 吧。

连接服务器

本文开始也提到了,socket 使用 (IP地址,协议,端口号)
来标识一个进程,那么我们要想和服务器进行通信,就需要知道它的
IP地址以及端口号。

获得远程主机的 IP 地址

Python 提供了一个简单的函数 socket.gethostbyname 来获得远程主机的 IP
地址:

host = 'www.google.com'
port = 80

try:
    remote_ip = socket.gethostbyname( host )

except socket.gaierror:
    #could not resolve
    print 'Hostname could not be resolved. Exiting'
    sys.exit()

print 'Ip address of ' + host + ' is ' + remote_ip

现在我们知道了服务器的 IP 地址,就可以使用连接函数 connect 连接到该 IP
的某个特定的端口上了,下面例子连接到 80 端口上(是 HTTP
服务的默认端口):

#Connect to remote server
s.connect((remote_ip , port))

print 'Socket Connected to ' + host + ' on ip ' + remote_ip

运行该程序:

$ python client.py
Socket created
Ip of remote host www.google.com is 173.194.38.145
Socket Connected to www.google.com on ip 173.194.38.145

发送数据

上面说明连接到
www.google.com
已经成功了,接下面我们可以向服务器发送一些数据,例如发送字符串
GET / HTTP/1.1rnrn,这是一个 HTTP 请求网页内容的命令。

#Send some data to remote server
message = "GET / HTTP/1.1rnrn"

try :
    #Set the whole string
    s.sendall(message)
except socket.error:
    #Send failed
    print 'Send failed'
    sys.exit()

print 'Message send successfully'

发送完数据之后,客户端还需要接受服务器的响应。

接收数据

函数 recv 可以用来接收 socket 的数据:

#Now receive data
reply = s.recv(4096)

print reply

一起运行的结果如下:

Socket created
Ip of remote host www.google.com is 173.194.38.145
Socket Connected to www.google.com on ip 173.194.38.145
Message send successfully
HTTP/1.1 302 Found
Cache-Control: private
Content-Type: text/html; charset=UTF-8
Location: http://www.google.com.sg/?gfe_rd=cr&ei=PlqJVLCREovW8gfF0oG4CQ
Content-Length: 262
Date: Thu, 11 Dec 2014 08:47:58 GMT
Server: GFE/2.0
Alternate-Protocol: 80:quic,p=0.02

<HTML><HEAD><meta http-equiv="content-type" content="text/html;charset=utf-8">
<TITLE>302 Moved</TITLE></HEAD><BODY>
<H1>302 Moved</H1>
The document has moved
<A HREF="http://www.google.com.sg/?gfe_rd=cr&ei=PlqJVLCREovW8gfF0oG4CQ">here</A>.
</BODY></HTML>

关闭 socket

当我们不想再次请求服务器数据时,可以将该 socket 关闭,结束这次通信:

s.close()

小结

上面我们学到了如何:

  1. 创建 socket
  2. 连接到远程服务器
  3. 发送数据
  4. 接收数据
  5. 关闭 socket

当我们打开
www.google.com
时,浏览器所做的就是这些,知道这些是非常有意义的。在 socket
中具有这种行为特征的被称为CLIENT,客户端主要是连接远程系统获取数据。

socket 中另一种行为称为SERVER,服务器使用 socket
来接收连接以及提供数据,和客户端正好相反。所以
www.google.com
是服务器,你的浏览器是客户端,或者更准确地说,www.google.com
是 HTTP 服务器,你的浏览器是 HTTP 客户端。

那么上面介绍了客户端的编程,现在轮到服务器端如果使用 socket 了。

服务器端编程

服务器端主要做以下工作:

  • 打开 socket
  • 绑定到特定的地址以及端口上
  • 监听连接
  • 建立连接
  • 接收/发送数据

上面已经介绍了如何创建 socket 了,下面一步是绑定。

绑定 socket

函数 bind 可以用来将 socket 绑定到特定的地址和端口上,它需要一个
sockaddr_in 结构作为参数:

import socket
import sys

HOST = ''   # Symbolic name meaning all available interfaces
PORT = 8888 # Arbitrary non-privileged port

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
print 'Socket created'

try:
    s.bind((HOST, PORT))
except socket.error , msg:
    print 'Bind failed. Error Code : ' + str(msg[0]) + ' Message ' + msg[1]
    sys.exit()

print 'Socket bind complete'

绑定完成之后,接下来就是监听连接了。

监听连接

函数 listen 可以将 socket 置于监听模式:

s.listen(10)
print 'Socket now listening'

该函数带有一个参数称为 backlog,用来控制连接的个数。如果设为
10,那么有 10 个连接正在等待处理,此时第 11 个请求过来时将会被拒绝。

接收连接

当有客户端向服务器发送连接请求时,服务器会接收连接:

#wait to accept a connection - blocking call
conn, addr = s.accept()

#display client information
print 'Connected with ' + addr[0] + ':' + str(addr[1])

运行该程序的,输出结果如下:

$ python server.py
Socket created
Socket bind complete
Socket now listening

此时,该程序在 8888
端口上等待请求的到来。不要关掉这个程序,让它一直运行,现在客户端可以通过该端口连接到
socket。我们用 telnet 客户端来测试,打开一个终端,输入
telnet localhost 8888

$ telnet localhost 8888
Trying 127.0.0.1...
Connected to localhost.
Escape character is '^]'.
Connection closed by foreign host.

这时服务端输出会显示:

$ python server.py
Socket created
Socket bind complete
Socket now listening
Connected with 127.0.0.1:59954

我们观察到客户端已经连接上服务器了。在建立连接之后,我们可以用来与客户端进行通信。下面例子演示的是,服务器建立连接之后,接收客户端发送来的数据,并立即将数据发送回去,下面是完整的服务端程序:

import socket
import sys

HOST = ''   # Symbolic name meaning all available interfaces
PORT = 8888 # Arbitrary non-privileged port

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
print 'Socket created'

try:
    s.bind((HOST, PORT))
except socket.error , msg:
    print 'Bind failed. Error Code : ' + str(msg[0]) + ' Message ' + msg[1]
    sys.exit()

print 'Socket bind complete'

s.listen(10)
print 'Socket now listening'

#wait to accept a connection - blocking call
conn, addr = s.accept()

print 'Connected with ' + addr[0] + ':' + str(addr[1])

#now keep talking with the client
data = conn.recv(1024)
conn.sendall(data)

conn.close()
s.close()

在一个终端中运行这个程序,打开另一个终端,使用 telnet
连接服务器,随便输入字符串,你会看到:

$ telnet localhost 8888
Trying 127.0.0.1...
Connected to localhost.
Escape character is '^]'.
happy
happy
Connection closed by foreign host.

客户端(telnet)接收了服务器的响应。

我们在完成一次响应之后服务器立即断开了连接,而像
www.google.com
这样的服务器总是一直等待接收连接的。我们需要将上面的服务器程序改造成一直运行,最简单的办法是将
accept 放到一个循环中,那么就可以一直接收连接了。

保持服务

我们可以将代码改成这样让服务器一直工作:

import socket
import sys

HOST = ''   # Symbolic name meaning all available interfaces
PORT = 5000 # Arbitrary non-privileged port

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
print 'Socket created'

try:
    s.bind((HOST, PORT))
except socket.error , msg:
    print 'Bind failed. Error Code : ' + str(msg[0]) + ' Message ' + msg[1]
    sys.exit()

print 'Socket bind complete'

s.listen(10)
print 'Socket now listening'

#now keep talking with the client
while 1:
    #wait to accept a connection - blocking call
    conn, addr = s.accept()
    print 'Connected with ' + addr[0] + ':' + str(addr[1])

    data = conn.recv(1024)
    reply = 'OK...' + data
    if not data: 
        break

    conn.sendall(reply)

conn.close()
s.close()

现在在一个终端下运行上面的服务器程序,再开启三个终端,分别用 telnet
去连接,如果一个终端连接之后不输入数据其他终端是没办法进行连接的,而且每个终端只能服务一次就断开连接。这从代码上也是可以看出来的。

这显然也不是我们想要的,我们希望多个客户端可以随时建立连接,而且每个客户端可以跟服务器进行多次通信,这该怎么修改呢?

处理连接

为了处理每个连接,我们需要将处理的程序与主程序的接收连接分开。一种方法可以使用线程来实现,主服务程序接收连接,创建一个线程来处理该连接的通信,然后服务器回到接收其他连接的逻辑上来。

import socket
import sys
from thread import *

HOST = ''   # Symbolic name meaning all available interfaces
PORT = 8888 # Arbitrary non-privileged port

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
print 'Socket created'

#Bind socket to local host and port
try:
    s.bind((HOST, PORT))
except socket.error , msg:
    print 'Bind failed. Error Code : ' + str(msg[0]) + ' Message ' + msg[1]
    sys.exit()

print 'Socket bind complete'

#Start listening on socket
s.listen(10)
print 'Socket now listening'

#Function for handling connections. This will be used to create threads
def clientthread(conn):
    #Sending message to connected client
    conn.send('Welcome to the server. Type something and hit entern') #send only takes string

    #infinite loop so that function do not terminate and thread do not end.
    while True:

        #Receiving from client
        data = conn.recv(1024)
        reply = 'OK...' + data
        if not data: 
            break

        conn.sendall(reply)

    #came out of loop
    conn.close()

#now keep talking with the client
while 1:
    #wait to accept a connection - blocking call
    conn, addr = s.accept()
    print 'Connected with ' + addr[0] + ':' + str(addr[1])

    #start new thread takes 1st argument as a function name to be run, second is the tuple of arguments to the function.
    start_new_thread(clientthread ,(conn,))

s.close()

再次运行上面的程序,打开三个终端来与主服务器建立 telnet
连接,这时候三个客户端可以随时接入,而且每个客户端可以与主服务器进行多次通信。

telnet 终端下可能输出如下:

$ telnet localhost 8888
Trying 127.0.0.1...
Connected to localhost.
Escape character is '^]'.
Welcome to the server. Type something and hit enter
hi
OK...hi
asd
OK...asd
cv
OK...cv

要结束 telnet 的连接,按下 Ctrl-] 键,再输入 close 命令。

服务器终端的输出可能是这样的:

$ python server.py
Socket created
Socket bind complete
Socket now listening
Connected with 127.0.0.1:60730
Connected with 127.0.0.1:60731

总结

到目前为止,我们学习了 Python 下基本的 socket 编程。

参考资料

  • 主要译自: Python socket – network programming
    tutorial
  • 进一步学习:
    • Sockets programming in
      Python
    • Python socket – chat server and client with code
      example
    • Linux
      Socket编程(不限Linux)

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