Socket + ProtoBuf

作者: 阿文灬 | 来源:发表于2017-09-19 05:56 被阅读0次

TCP/UDP

进行Socket编程, 常见使用的协议UDP/TCP
TCP：传输控制协议。是专门设计用于在不可靠的因特网上提供可靠的，端到端的字节流通信的协议。它是一种面向连接的协议。TCP连接是字节流而非报文流。
UDP：用户数据报协议。不需要建立连接，不可靠。

TCP连接过程.png

UDP连接过程.png

长连接和短连接

长连接，指在一个TCP连接上可以连续发送多个数据包，在TCP连接保持期间，如果没有数据包发送，需要双方发检测包以维持此连接，一般需要自己做在线维持。
短连接是指通信双方有数据交互时，就建立一个TCP连接，数据发送完成后，则断开此TCP连接。

通常的短连接操作步骤是：
连接→数据传输→关闭连接或在没有数据传输时直接关闭；
而长连接通常就是：
连接→数据传输→保持连接(心跳)→数据传输→保持连接(心跳)→……→关闭连接；

Socket框架

BSD Socket
BSD Socket 是UNIX系统中通用的网络接口，它不仅支持各种不同的网络类型，而且也是一种内部进程之间的通信机制。在我们iOS中也可以使用，但是它所有的函数都是基于C语言的，所有在实际的项目开发中，我们都是使用封装好的。
CFSocket
CFSocket是苹果官方提供给我们进行Socket编程，里面还是有很多C语言的东西，大家有时间可以研究一下，在实际项目中，通常我们不会自己直接使用。
AsyncSocket
AsyncSocket是一个开源的库，用来进行iOS的Socket编程就非常方便, 但是目前只有OC版本, 并且长时间没有更新
ysocket
目前使用Swift进行Socket编程时,常用的一个库

消息数据类型

直接传递C/C++语言中一字节对齐的结构体数据，只要结构体的声明为定长格式，那么该方式对于C/C++程序而言就非常方便了, 但是对于java这种不常用结构体的语言, 处理起来就相当麻烦
使用SOAP协议(WebService)作为消息报文的格式载体，由该方式生成的报文是基于文本格式的，同时还存在大量的XML描述信息，因此将会大大增加网络IO的负担。又由于XML解析的复杂性，这也会大幅降低报文解析的性能。总之，使用该设计方式将会使系统的整体运行性能明显下降。
Json交换格式, 目前比较理想的一种通信格式, 也是在Http请求数据时, 最常见的用法(Demo程序)
ProtocolBuffer(也称PB/GPB): google 的一种数据交换的格式, 可以实现跨平台, 方便的序列化&反序列化, 并且数据量相对json

ProtocolBuffer

1、简介

跨平台
ProtoBuf支持多平台和语言, 包括C++/Java/Python等等
序列化&反序列号
ProtoBuf支持直接将对象序列化成Data, 也支持直接将Data序列化为对象类型
消息大小
一条消息数据，用protobuf序列化后的大小是json的10分之一，xml格式的20分之一，是二进制序列化的10分之一

2、安装Protobuf编译器

ruby -e "$(curl -fsSL https://raw.githubusercontent.com/Homebrew/install/master/install)"
brew install automake
brew install libtool
brew install protobuf
git clone git@github.com:alexeyxo/protobuf-swift.git

// cd protobuf-swift，反正一定要到scripts的父文件夹位置
./scripts/build.sh

Add ./src/ProtocolBuffers/ProtocolBuffers.xcodeproj in your project.
或使用Cocoapod：pod 'ProtocolBuffers-Swift'
注意：Mac项目貌似不能直接使用cocoapods集成
详情请看：https://github.com/alexeyxo/protobuf-swift

3、编码xxx.proto文件，并生成对应的swift代码
protoc xxx.proto --swift_out="./"
如果前面在终端没有成功执行./scripts/build.sh，该句将报错。

实际开发中的异同

心跳包
心跳包是什么呢？我们首先要弄清楚，我们每一个客户端连接到服务器之后，服务器会怎么来处理我们的连接。
我们知道每一个客户端在连接到服务器的时候，都会有一个单独的线程来处理。比如我们前面给大家看的那个房间的例子，一个房间2000人，那就要有2000个连接保持。这对服务器的负荷是非常大的，但是如果说客户端断开了，服务器还保持着这个线程，就非常的耗资源。
数据我们和服务器沟通的时候究竟发送什么数据？
在实际开发中，我们不可能仅仅简单的给服务器发一个字符串，服务器给我们回一个字符串，这是不现实的。

下面将使用ysocket、protocolbuffer实现一个简单的IM项目。

基本环境搭建

创建一个iOS工程作为客户端-Client，创建一个mac工程作为服务器-Server
集成SwiftSocket、ProtocolBuffers-Swift
编写IM.proto，并生成IM.proto.swift

IM编程

TCP连接过程.png

客户端
创建clientSocket；
连接服务器；
读取服务器可能发来的信息，即不断读取。而且读取信息是阻塞式的，两方面考虑都需要另开线程。代码之后再补充；
发送信息给服务器。代码之后再补充

import SwiftSocket

class ViewController: UIViewController {

    var client: TCPClient = TCPClient(address: "127.0.0.1", port: 7878)
    var isConnected: Bool = false
    
    override func viewDidLoad() {
        super.viewDidLoad()
        
        switch client.connect(timeout: 10) {
        case .success:
            isConnected = true
            self.readServerMsg()
        case .failure(let error):
            print("连接服务器失败：\(error.localizedDescription)")
        }
    }
    
    // 读取服务器发送来的信息
    func readServerMsg() {
        DispatchQueue.global().async {
            while self.isConnected {
                
            }
        }
    }
    
    // 发送信息给服务器
    override func touchesBegan(_ touches: Set<UITouch>, with event: UIEvent?) {
        
    }
}

服务器
创建serverSocket；
创建clientSocket数组。数组的元素与客户端的clientSocket一一对应，并相互交流；
serverSocket开启监听；
不断接收客户端的clientSocket，并生成对应的clientSocket。需要另开线程；
clientSocket不断读取客户端的clientSocket发来的信息。需要另开线程。代码之后再补充

import SwiftSocket

class ViewController: NSViewController {

    var server: TCPServer = TCPServer(address: "127.0.0.1", port: 7878)
    var clients: [TCPClient] = [TCPClient]()
    
    var serverRunning: Bool = false
    
    override func viewDidLoad() {
        super.viewDidLoad()

        switch server.listen() {
        case .success:
            serverRunning = true
            print("服务器已启动...")
            
            DispatchQueue.global().async {
                while self.serverRunning {
                    if let client = self.server.accept() {
                        print("服务器接收到客户端: \(client.address)")
                        self.readClientMsg(client)
                    }
                }
            }
        case .failure(let error):
            print("服务器监听失败:\(error.localizedDescription)")
        }
    }
    
    func stopRun() {
        serverRunning = false
    }

    // 读取服务器发送来的信息
    func readClientMsg(_ client: TCPClient) {
        clients.append(client)
        DispatchQueue.global().async {
            while self.serverRunning {
                
            }
        }
    }
}

此时代码基本完成，也可以运行看到基本效果。只是客户端与服务端都缺少发送与接收信息的代码。

发送与接收 .protocolbuffer 数据

1、创建 IM.proto 文件，生成 swift 源码文件。将源码文件分别添加到客户端程序(Client)与服务器(Server)中。

syntax = "proto2";

message UserInfo {
    required string name = 1;
    required int64 level = 2;
    required string iconUrl = 3;
}

2、补充之前，客户端与服务端发送与接收数据的代码

客户端发送信息给服务器
这里发送一个消息采用一次性发送的方式

    // 发送信息给服务器
    override func touchesBegan(_ touches: Set<UITouch>, with event: UIEvent?) {
        // 要发送的信息
        let userInfo = UserInfo.Builder()
        userInfo.name = "阿文\(arc4random_uniform(10))"
        userInfo.level = 20
        userInfo.iconUrl = "icon\(arc4random_uniform(5))"
        
        var data = (try! userInfo.build()).data()
        
        // 将消息长度添加进要发送的信息中
        var length = data.count
        data = data + Data(bytes: &length, count: 4)
        
        client.send(data: data)
    }

服务器接收客户端发来的信息

    // 读取客户端发送来的信息
    func readClientMsg(_ client: TCPClient) {
        clients.append(client)
        DispatchQueue.global().async {
            while self.serverRunning {
                // 读取信息长度
                if let lengthBytes = client.read(4) {
                    let lengthData = Data(bytes: lengthBytes, count: 4)
                    var length = 0
                    (lengthData as NSData).getBytes(&length, length: 4)
                    
                    // 读取信息
                    if let dataBytes = client.read(length) {
                        let data = Data(bytes: dataBytes, count: length)
                        let userInfo = try! UserInfo.parseFrom(data: data)
                        print("用户名：\(userInfo.name) 用户级别：\(userInfo.level)")
                        
                        client.send(data: lengthData + data)
                    }
                }
            }
        }
    }

客户端接收服务器发来的信息

    // 读取服务器发送来的信息
    func readServerMsg() {
        DispatchQueue.global().async {
            while self.isConnected {
                // 读取信息长度
                if let lengthBytes = self.client.read(4) {
                    let lengthData = Data(bytes: lengthBytes, count: 4)
                    var length = 0
                    (lengthData as NSData).getBytes(&length, length: 4)
                    
                    // 读取信息
                    if let dataBytes = self.client.read(length) {
                        let data = Data(bytes: dataBytes, count: length)
                        let userInfo = try! UserInfo.parseFrom(data: data)
                        print("用户名：\(userInfo.name) 用户级别：\(userInfo.level)")
                    }
                }
            }
        }
    }

心跳包

心跳包用于服务器检测客户端是否还在，其内在原理仍是客户端发送信息，服务器接收信息。不过心跳包信息必须表明独有的类型，所以发送一次信息除了信息长度与信息内容外，至少还包含一个标识符表明信息的类型。
如果服务器在一定时间内检测不到客户端的心跳包，则断开该客户端的链接。

代码：https://github.com/taoGod/IM-MG4

Socket + ProtoBuf

TCP/UDP

长连接和短连接

Socket框架

消息数据类型

ProtocolBuffer

实际开发中的异同

基本环境搭建

IM编程

发送与接收 .protocolbuffer 数据

心跳包

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