iOS网络编程

网络编程

1. 概论

    两个通信设备(具有网卡)通过网络进行数据的传播与交换

• 建立连接：通过IP或者域名来连接两台设备，通过端口号找到对应的通信程序
• 通信协议：要传输的数据需要根据约定的格式来创建，或者接受的数据需要按照约定的格式来还原
• 数据传输方式：双工、长链接、可靠的，如TCP传输协议，单工、广播、不可靠的，如UDP传输协议
• TCP/IP分层模式：将复杂的网络通信分拆，层的功能独立，下层为上层提供服务
• TCP连接：三次握手

2. SOCKET原理

socket的概念

        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。
        处于应用层和传输层之间；socket包含进行网络通信必须的五种信息：
                                ①连接使用的协议，
                                ②本地主机的IP地址，
                                ③本地进程的协议端口，
                                ④远地主机的IP地址，
                                ⑤远地进程的协议端口
        socket出现解决了“TCP同时为多个应用程序进程提供并发服务的问题”

• socket的本质和实现：socket起源于Unix，而Unix/Linux基本哲学之一就是“一切皆文件”，都可以用==“打开open –> 读写write/read –> 关闭close”模式==来操作。我的理解就是Socket就是该模式的一个实现，socket即是一种特殊的文件，一些socket函数就是对其进行的操作（读/写IO、打开、关闭）

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：
        1.服务器监听
        2.客户端请求
        3.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。
            
* 使用socket()函数创建一个socket
        
                int socket(int domain, int type, int protocol);
    
    socket()用于创建一个socket描述符（socket descriptor），它唯一标识一个socket。这个socket描述字跟文件描述字一样，后续的操作都有用到它，把它作为参数，通过它来进行一些读写操作。
    创建socket的时候，也可以指定不同的参数创建不同的socket描述符，socket函数的三个参数分别为：
            
    * **domain**：即协议域，又称为协议族（family）。常用的协议族有，AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL（或称AF_UNIX，Unix域socket）、AF_ROUTE等等。协议族决定了socket的地址类型，在通信中必须采用对应的地址，如AF_INET决定了要用ipv4地址（32位的）与端口号（16位的）的组合、AF_UNIX决定了要用一个绝对路径名作为地址。
    * **type**：指定socket类型。常用的socket类型有，SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等等
    * **protocol**：故名思意，就是指定协议。常用的协议有，IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC等，它们分别对应TCP传输协议、UDP传输协议、STCP传输协议、TIPC传输协议
      
* 调用bind()函数把一个地址族中的特定地址赋给socket
            
                int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
    通常服务器在启动的时候都会绑定一个众所周知的地址（如ip地址+端口号），用于提供服务，客户就可以通过它来接连服务器；而客户端就不用指定，有系统自动分配一个端口号和自身的ip地址组合
    函数的三个参数分别为：    
    
    * **sockfd**：即socket描述字，它是通过socket()函数创建了，唯一标识一个socket。bind()函数就是将给这个描述字绑定一个名字。
    * **addr**：一个const struct sockaddr *指针，指向要绑定给sockfd的协议地址。这个地址结构根据地址创建socket时的地址协议族的不同而不同，如ipv4对应的是： 
    * **addrlen**：对应的是地址的长度。
    
* 调用listen()函数将socket变为被动类型的，等待客户的连接请求

            int listen(int sockfd, int backlog);
        如果作为一个服务器，在调用socket()、bind()之后就会调用listen()来监听这个socket，如果客户端这时调用connect()发出连接请求，服务器端就会接收到这个请求。

• 客户请求

  • 客户端这时调用connect()发出连接请求

      int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
    

  connect函数的第一个参数即为客户端的socket描述字，第二参数为服务器的socket地址，第三个参数为socket地址的长度。客户端通过调用connect函数来建立与TCP服务器的连接。
• 连接确认

  • 服务端调用accept()函数取接收请求，这样连接就建立好了

      int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
    

  accept函数的第一个参数为服务器的socket描述字，第二个参数为指向struct sockaddr *的指针，用于返回客户端的协议地址，第三个参数为协议地址的长度。如果accpet成功，那么其返回值是由内核自动生成的一个全新的描述字，代表与返回客户的TCP连接。

  注意：accept的第一个参数为服务器的socket描述字，是服务器开始调用socket()函数生成的，称为监听socket描述字；而accept函数返回的是已连接的socket描述字。一个服务器通常通常仅仅只创建一个监听socket描述字，它在该服务器的生命周期内一直存在。内核为每个由服务器进程接受的客户连接创建了一个已连接socket描述字，当服务器完成了对某个客户的服务，相应的已连接socket描述字就被关闭

进行网络通信

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

服务器与客户已经建立好连接就可以调用网络I/O进行读写操作了，即实现了网咯中不同进程之间的通信！网络I/O操作有下面几组：

• read()/write()
• recv()/send()
• readv()/writev()
• recvmsg()/sendmsg()
• recvfrom()/sendto()

断开连接

int close(int fd);

在服务器与客户端建立连接之后，会进行一些读写操作，完成了读写操作就要关闭相应的socket描述字，好比操作完打开的文件要调用fclose关闭打开的文件。

close一个TCP socket的缺省行为时把该socket标记为以关闭，然后立即返回到调用进程。该描述字不能再由调用进程使用，也就是说不能再作为read或write的第一个参数。

注意：close操作只是使相应socket描述字的引用计数-1，只有当引用计数为0的时候，才会触发TCP客户端向服务器发送终止连接请求。

socket中TCP的三次握手建立连接

我们知道tcp建立连接要进行“三次握手”，即交换三个分组。大致流程如下：

• 客户端向服务器发送一个SYN J

• 服务器向客户端响应一个SYN K，并对SYN J进行确认ACK J+1

• 客户端再向服务器发一个确认ACK K+1

• 只有就完了三次握手，但是这个三次握手发生在socket的那几个函数中呢？请看下图：

  image
  

  图1、socket中发送的TCP三次握手

从图中可以看出，当客户端调用connect时，触发了连接请求，向服务器发送了SYN J包，这时connect进入阻塞状态；服务器监听到连接请求，即收到SYN J包，调用accept函数接收请求向客户端发送SYN K ，ACK J+1，这时accept进入阻塞状态；客户端收到服务器的SYN K ，ACK J+1之后，这时connect返回，并对SYN K进行确认；服务器收到ACK K+1时，accept返回，至此三次握手完毕，连接建立。

总结：客户端的connect在三次握手的第二个次返回，而服务器端的accept在三次握手的第三次返回。

3. HTTP协议

• 超文本传输协议，基于TCP的面向连接的协议

• 分为四个步骤：1）建立连接，2）发送请求，3）服务的相应请求，4）客户端接收服务器发回的数据并断开连接

• 响应状态码：

  

• 特点：

  • 简单快速：因为HTTP协议简单，使得HTTP服务器的程序规模小，因而通信速度很快。
  • 灵活：HTTP允许传输任意类型的数据对象。正在传输的类型由Content-Type加以标记。
  • HTTP 0.9和1.0使用非持续连接：限制每次连接只处理一个请求，服务器处理完客户的请求，并收到客户的应答后，即断开连接。采用这种方式可以节省传输时间。
  • HTTP 1.1使用持续连接：不必为每个web对象创建一个新的连接，一个连接可以传送多个对象。

• 请求方法：

  • GET: 请求获取Request-URI所标识的资源
  • POST: 在Request-URI所标识的资源后附加新的数据
  • HEAD: 请求获取由Request-URI所标识的资源的响应消息报头
  • PUT: 请求服务器存储一个资源，并用Request-URI作为其标识
  • DELETE: 请求服务器删除Request-URI所标识的资源
  • TRACE: 请求服务器回送收到的请求信息，主要用于测试或诊断
  • CONNECT: 保留将来使用
  • OPTIONS: 请求查询服务器的性能，或者查询与资源相关的选项和需求

4. HTTPS协议

• HTTP的安全版，加入了SSL层

• HTTPS通信过程：

  

• HTTPS与HTTP的区别

  • https协议需要到ca申请证书，一般免费证书很少，需要交费
  • http是超文本传输协议，信息是明文传输，https 则是具有安全性的ssl加密传输协议
  • http和https使用的是完全不同的连接方式，用的端口也不一样，前者是80，后者是443
  • http的连接很简单，是无状态的；HTTPS协议是由SSL+HTTP协议构建的可进行加密传输、身份认证的网络协议，比http协议安全

5.上面知识的总结

• 首先明确Socket在网络模型中哪里:是应用层与传输层之间的桥梁

• OSI七层网络模型:

  1. 应用层.
  2. 表示层.
  3. 会话层.
  4. 传输层.
  5. 网络层.
  6. 数据链路层.
  7. 物理层

• TCP/IP四层网络模型:应用层.传输层.网络层.网络接入层

• HTTP协议:属于应用层面向对象的协议(超文本传输协议),常基于TCP连接方式, 特点是:

  1. 支持客户/服务端模式
  2. 简单快捷灵活
  3. 客户端发送的每次请求都需要服务器回送响应,请求结束后主动释放连接.俗称”短连接"

• TCP协议:传输控制协议,提供面向连接.可靠的字节流服务,提供超时重发，丢弃重复数据，检验数据，流量控制等功能。在正式收发数据前,必须建立可靠的连接,即:三次握手.

• UDP协议:用户数据报协议,面向非连接,不保证可靠性的数据传输服务,没有超时重发等机制，故而传输速度很快.特点:它不与对方建立连接，而是直接就把数据包发送过去, UDP适用于一次只传送少量数据、对可靠性要求不高的应用环境

• Socket:又称”套接字”,应用程序通过”套接字”向网络发送请求或应答,它是一个针对TCP和UDP编程的接口，借助它建立TCP/UDP连接。socket连接就是所谓的长连接,理论上客户端和服务器端一旦建立起连接将不会主动断掉

• HTTP协议—Socket连接--TCP连接关系:

  1. HTTP协议提供了封装或者显示数据的具体形式;
  2. Socket连接提供了网络通信的能力;
  3. TCP连接提供如何在网络中传输;
  4. socket是纯C语言的,跨平台;
  5. HTTP协议是基于socket的,底层使用的就是socket;
  6. 创建Socket连接时，可以指定使用的传输层协议(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。

• TCP和UDP区别

  1. 基于连接和无连接
  2. 对系统资源要求(TCP较多,UDP较少)
  3. UDP程序结构较简单
  4. TCP是流模式,UDP是数据报模式
  5. 可靠性:TCP保证数据正确性,UDP可能丢包,不保证数据准确性

6. WebSocket协议

什么是WebSocket

WebSocket 是 HTML5 开始提供的一种在单个 TCP 连接上进行全双工通讯的协议。

为什么需要 WebSocket

• HTTP 协议无法实现服务器主动向客户端发起消息
  因为HTTP 协议是一种无状态的、无连接的、单向的应用层协议。它采用了请求/响应模型。通信请求 只能由客户端发起，服务端对请求做出应答处理。
  这种通信模型有一个弊端：HTTP 协议无法实现服务器主动向客户端发起消息

  这种单向请求的特点，注定了如果服务器有连续的状态变化，客户端要获知就非常麻烦。大多数 Web 应用程序将通过频繁的异步JavaScript和XML（AJAX）请求实现长轮询。轮询的效率低，非常浪费资源（因为必须不停连接，或者 HTTP 连接始终打开）

  
  image

• WebSocket的出现是对上面问题的一个解决方案
  WebSocket 连接允许客户端和服务器之间进行全双工通信，以便任一方都可以通过建立的连接将数据推送到另一端。WebSocket 只需要建立一次连接，就可以一直保持连接状态。这相比于轮询方式的不停建立连接显然效率要大大提高。
  [站外图片上传中...(image-5d4ed6-1533130904939)]

WebSocket的特点

1. 最大特点就是，服务器可以主动向客户端推送信息，客户端也可以主动向服务器发送信息，是真正的双向平等对话，属于服务器推送技术的一种。

2. 建立在 TCP 协议之上，服务器端的实现比较容易。

3. 与 HTTP 协议有着良好的兼容性。默认端口也是80和443，并且握手阶段采用 HTTP 协议，因此握手时不容易屏蔽，能通过各种 HTTP 代理服务器。

4. 数据格式比较轻量，性能开销小，通信高效。

5. 可以发送文本，也可以发送二进制数据。

6. 没有同源限制，客户端可以与任意服务器通信。

7. 协议标识符是ws（如果加密，则为wss），服务器网址就是 URL。

     ws://example.com:80/some/path
   

   [站外图片上传中...(image-7622f3-1533130904939)]

WebSocket如何工作

在WebSocket API中，浏览器和服务器只需要做一个握手的动作，然后，浏览器和服务器之间就形成了一条快速通道。两者之间就直接可以数据互相传送。
浏览器通过 JavaScript 向服务器发出建立 WebSocket 连接的请求，连接建立以后，客户端和服务器端就可以通过 TCP 连接直接交换数据。

注意：Web浏览器和服务器都必须实现 WebSockets 协议来建立和维护连接。由于 WebSockets 连接长期存在，与典型的HTTP连接不同，对服务器有重要的影响。
基于多线程或多进程的服务器无法适用于 WebSockets，因为它旨在打开连接，尽可能快地处理请求，然后关闭连接。任何实际的 WebSockets 服务器端实现都需要一个异步服务器。

1. 创建WebSocket对象
   以下 API 用于创建 WebSocket 对象：

    var Socket = new WebSocket(url, [protocol] );
   

   以上代码中的第一个参数 url, 指定连接的 URL。第二个参数 protocol 是可选的，指定了可接受的子协议。
   当你获取 Web Socket 连接后，你可以通过 send() 方法来向服务器发送数据，并通过 onmessage 事件来接收服务器返回的数据。

2. WebSocket 属性
   以下是 WebSocket 对象的属性。假定我们使用了以上代码创建了 Socket 对象：

   属性	描述
   Socket.readyState	只读属性 readyState 表示连接状态，可以是以下值： 0 - 表示连接尚未建立 1 - 表示连接已建立，可以进行通信 2 - 表示连接正在进行关闭 3 - 表示连接已经关闭或者连接不能打开
   Socket.bufferedAmount	只读属性 bufferedAmount表示：已被 send() 放入正在队列中等待传输，但是还没有发出的 UTF-8 文本字节数

3. WebSocket 事件
   以下是 WebSocket 对象的相关事件。假定我们使用了以上代码创建了 Socket 对象：

   事件	事件处理程序	描述
   open	Socket.onopen	连接建立时触发
   message	Socket.onmessage	客户端接收服务端数据时触发
   error	Socket.onerror	通信发生错误时触发
   close	Socket.onclose	连接关闭时触发

4. WebSocket 方法
   以下是 WebSocket 对象的相关方法。假定我们使用了以上代码创建了 Socket 对象：

   方法	描述
   Socket.send()	使用连接发送数据
   Socket.close()	关闭连接

5. WebSocket 实例
   WebSocket客户端iOS实现：facebook的框架SRWebSocket

   • 接口

     @interface SRWebSocket : NSObject
     // 构造方法
     - (instancetype)initWithURLRequest:(NSURLRequest *)request;
     // 打开之前设置代理
     @property (nonatomic, weak) id <SRWebSocketDelegate> delegate;
     // Open 
     - (void)open;
     // Close 
     - (void)close;
     // Send a Data
     - (void)sendData:(nullable NSData *)data error:(NSError **)error;
     // Send a UTF8 String
     - (void)sendString:(NSString *)string error:(NSError **)error;
     @end
     

   • 实现代理SRWebSocketDelegate

     @protocol SRWebSocketDelegate <NSObject>
     @optional
     - (void)webSocketDidOpen:(SRWebSocket *)webSocket;
     - (void)webSocket:(SRWebSocket *)webSocket didReceiveMessageWithString:(NSString *)string;
     - (void)webSocket:(SRWebSocket *)webSocket didReceiveMessageWithData:(NSData *)data;
     
     - (void)webSocket:(SRWebSocket *)webSocket didFailWithError:(NSError *)error;
     - (void)webSocket:(SRWebSocket *)webSocket didCloseWithCode:(NSInteger)code reason:(nullable NSString *)reason wasClean:(BOOL)wasClean;
     @end
     

7. MQTT协议

1. 什么是MQTT协议

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输协议），是一种基于发布/订阅（publish/subscribe）模式的“轻量级”通讯协议，该协议构建于TCP/IP协议上，由IBM在1999年发布。MQTT最大优点在于，可以以极少的代码和有限的带宽，为连接远程设备提供实时可靠的消息服务。作为一种低开销、低带宽占用的即时通讯协议，使其在物联网、小型设备、移动应用等方面有较广泛的应用

2. MQTT协议的主要特征

MQTT协议工作在低带宽、不可靠的网络的远程传感器和控制设备通讯而设计的协议，它具有以下主要的几项特性：

• 使用发布/订阅消息模式，提供一对多的消息发布，解除应用程序耦合

    这一点很类似于XMPP，但是MQTT的信息冗余远小于XMPP，,因为XMPP使用XML格式文本来传递数据
  

• 对负载内容屏蔽的消息传输

• 使用TCP/IP提供网络连接

    主流的MQTT是基于TCP连接进行数据推送的，但是同样有基于UDP的版本，叫做MQTT-SN。
    这两种版本由于基于不同的连接方式，优缺点自然也就各有不同了。
  

• 有三种消息发布服务质量QoS：

  • 0 代表“至多一次”，消息发布完全依赖底层 TCP/IP 网络。会发生消息丢失或重复。这一级别可用于如下情况，环境传感器数据，丢失一次读记录无所谓，因为不久后还会有第二次发送。
  • 1 代表“至少一次”，确保消息到达，但消息重复可能会发生。
  • 2 代表“只有一次”，确保消息到达一次。在一些要求比较严格的计费系统中，可以使用此级别。在计费系统中，消息重复或丢失会导致不正确的结果。这种最高质量的消息发布服务还可以用于即时通讯类的APP的推送，确保用户收到且只会收到一次。

• 小型传输，开销很小（固定长度的头部是2字节），协议交换最小化，以降低网络流量

    这就是为什么在介绍里说它非常适合“在物联网领域，传感器与服务器的通信，信息的收集”，要知道嵌入式设备的运算能力和带宽都相对薄弱，使用这种协议来传递消息再适合不过了
  

• 使用Last Will和Testament特性通知有关各方客户端异常中断的机制

    Last Will：即遗言机制，用于通知同一主题下的其他设备发送遗言的设备已经断开了连接。
    Testament：遗嘱机制，功能类似于Last Will
  

3. MQTT协议原理

MQTT协议实现方式

实现MQTT协议需要客户端和服务器端协同完成，在通讯过程中，MQTT协议中有三种身份：发布者（Publish）、代理（Broker）（服务器）、订阅者（Subscribe）。其中，消息的发布者和订阅者都是客户端，消息代理是服务器，消息发布者可以同时是订阅者
MQTT传输的消息分为：主题（Topic）和负载（payload）两部分：

（1）Topic，可以理解为消息的类型，订阅者订阅（Subscribe）后，就会收到该主题的消息内容（payload）
（2）payload，可以理解为消息的内容，是指订阅者具体要使用的内容。

网络传输与应用消息

MQTT会构建底层网络传输：它将建立客户端到服务器的连接，提供两者之间的一个有序的、无损的、基于字节流的双向传输。
当应用数据通过MQTT网络发送时，MQTT会把与之相关的服务质量（QoS）和主题名（Topic）相关连。

MQTT客户端

一个使用MQTT协议的应用程序或者设备，它总是建立到服务器的网络连接。客户端的行为有：

• 发布其他客户端可能会订阅的信息
• 订阅其它客户端发布的消息
• 退订或删除应用程序的消息
• 断开与服务器连接。

MQTT服务器

MQTT服务器以称为“消息代理”（Broker），可以是一个应用程序或一台设备。它是位于消息发布者和订阅者之间，它的行为有：

• 接受来自客户的网络连接
• 接受客户发布的应用信息
• 处理来自客户端的订阅和退订请求
• 向订阅的客户转发应用程序消息

MQTT协议中的订阅、主题、会话

1. 订阅（Subscription）
   订阅包含主题筛选器（Topic Filter）和最大服务质量（QoS）。订阅会与一个会话（Session）关联。一个会话可以包含多个订阅。每一个会话中的每个订阅都有一个不同的主题筛选器。

2. 会话（Session）
   每个客户端与服务器建立连接后就是一个会话，客户端和服务器之间有状态交互。会话存在于一个网络之间，也可能在客户端和服务器之间跨越多个连续的网络连接。

3. 主题名（Topic Name）
   连接到一个应用程序消息的标签，该标签与服务器的订阅相匹配。服务器会将消息发送给订阅所匹配标签的每个客户端。

4. 主题筛选器（Topic Filter）
   一个对主题名通配符筛选器，在订阅表达式中使用，表示订阅所匹配到的多个主题。

5. 负载（Payload）
   消息订阅者所具体接收的内容。

MQTT协议中的方法

MQTT协议中定义了一些方法（也被称为动作），来于表示对确定资源所进行操作。这个资源可以代表预先存在的数据或动态生成数据，这取决于服务器的实现。通常来说，资源指服务器上的文件或输出。主要方法有：

• Connect。等待与服务器建立连接。
• Disconnect。等待MQTT客户端完成所做的工作，并与服务器断开TCP/IP会话。
• Subscribe。等待完成订阅。
• UnSubscribe。等待服务器取消客户端的一个或多个topics订阅。
• Publish。MQTT客户端发送消息请求，发送完成后返回应用程序线程。

4. MQTT协议数据包结构

在MQTT协议中，一个MQTT数据包由：固定头（Fixed header）、可变头（Variable header）、消息体（payload）三部分构成。MQTT数据包结构如下：

• 固定头（Fixed header）。存在于所有MQTT数据包中，表示数据包类型及数据包的分组类标识。
• 可变头（Variable header）。存在于部分MQTT数据包中，数据包类型决定了可变头是否存在及其具体内容。
• 消息体（Payload）。存在于部分MQTT数据包中，表示客户端收到的具体内容。

MQTT固定头

固定头存在于所有MQTT数据包中,它包括：

• 固定报头的格式
  [图片上传失败...(image-3a5de9-1533130904939)]

• MQTT数据包类型
  位置：第1个字节，二进制位7-4。
  表示为4位无符号值，这些值的定义见 表格 2.1 -控制报文的类型

• 标识位
  位置：Byte 1中bits 3-0。这些值的定义见表格2.2
  在不使用标识位的消息类型中，标识位被作为保留位。如果收到无效的标志时，接收端必须关闭网络连接：

  • DUP：发布消息的副本。用来在保证消息的可靠传输，如果设置为1，则在下面的变长中增加MessageId，并且需要回复确认，以保证消息传输完成，但不能用于检测消息重复发送

  • QoS：发布消息的服务质量，即：保证消息传递的次数

      Ø00：最多一次，即：<=1
      Ø01：至少一次，即：>=1
      Ø10：一次，即：=1
      Ø11：预留
    

  • RETAIN： 发布保留标识，表示服务器要保留这次推送的信息，如果有新的订阅者出现，就把这消息推送给它，如果设有那么推送至当前订阅者后释放

MQTT可变头

MQTT数据包中包含一个可变头，它驻位于固定的头和负载之间。可变头的内容因数据包类型而不同，较常的应用是作为包的标识：
很多类型数据包中都包括一个2字节的数据包标识字段，这些类型的包有：PUBLISH (QoS > 0)、PUBACK、PUBREC、PUBREL、PUBCOMP、SUBSCRIBE、SUBACK、UNSUBSCRIBE、UNSUBACK。

Payload消息体

Payload消息体位MQTT数据包的第三部分，包含CONNECT、SUBSCRIBE、SUBACK、UNSUBSCRIBE四种类型的消息：

• （1）CONNECT，消息体内容主要是：客户端的ClientID、订阅的Topic、Message以及用户名和密码。
• （2）SUBSCRIBE，消息体内容是一系列的要订阅的主题以及QoS。
• （3）SUBACK，消息体内容是服务器对于SUBSCRIBE所申请的主题及QoS进行确认和回复。
• （4）UNSUBSCRIBE，消息体内容是要订阅的主题。

5. MQTT客户端的iOS实现

• 说明
  MQTT基于订阅者模型架构，客户端如果互相通信，==必须在同一订阅主题下==，即都订阅了同一个topic，客户端之间是没办法直接通讯的。订阅模型显而易见的好处是群发消息的话只需要发布到topic，所有订阅了这个topic的客户端就可以接收到消息了
  发送消息必须发送到某个topic，重点说明的是不管客户端是否订阅了该topic都可以向topic发送了消息，还有如果客户端订阅了该主题，那么自己发送的消息也会接收到

• MQTTClient的使用

  • 建立连接
    和服务器端确定好MQTT服务器地址，端口号， 用户名， 密码， 订阅主题topic

  /**
        host: 服务器地址
        port: 服务器端口
        tls:  是否使用tls协议，mosca是支持tls的，如果使用了要设置成true
        keepalive: 心跳时间，单位秒，每隔固定时间发送心跳包, 心跳间隔不得大于120s
        clean: session是否清除，这个需要注意，如果是false，代表保持登录，
        如果客户端离线了再次登录就可以接收到离线消息
        auth: 是否使用登录验证
        user: 用户名
        pass: 密码
        willTopic: 订阅主题
        willMsg: 自定义的离线消息
        willQos: 接收离线消息的级别
        clientId: 客户端id，需要特别指出的是这个id需要全局唯一，因为服务端是根据这个来区分不
        同的客户端的，默认情况下一个id登录后，假如有另外的连接以这个id登录，
        上一个连接会被踢下线, 我使用的设备UUID
  */
  NSString *clientId = [UIDevice currentDevice].identifierForVendor.UUIDString;
  MQTTSessionManager *sessionManager = [[MQTTSessionManager alloc] init];
  [sessionManager connectTo:@"121.199.19.126"  
                         port:1883
                          tls:false
                    keepalive:60  //心跳间隔不得大于120s
                        clean:true
                         auth:true
                         user:@"guest"
                         pass:@"guest"
                         will:false
                    willTopic:nil
                      willMsg:nil
                      willQos:0
               willRetainFlag:false
                 withClientId:clientId];
      sessionManager.delegate = self;
      self.sessionManager = sessionManager;
  

  • 监控连接状态
    连接当前状态，添加对应的回调接口，可以进行相关的业务逻辑处理。

  // 添加监听状态观察者
  [self.sessionManager addObserver:self
                     forKeyPath:@"state"
                        options:NSKeyValueObservingOptionInitial | NSKeyValueObservingOptionNew
                        context:nil];
  

  • 监听连接状态，进行相应处理

  // 监听当前连接状态
  

• (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary *)change context:(void *)context {
  switch (self.sessionManager.state) {
  case MQTTSessionManagerStateClosed:
  NSLog(@"连接已经关闭");
  break;
  case MQTTSessionManagerStateClosing:
  NSLog(@"连接正在关闭");

        break;
    case MQTTSessionManagerStateConnected:
        NSLog(@"已经连接");
  
        break;
    case MQTTSessionManagerStateConnecting:
        NSLog(@"正在连接中");
  
        break;
    case MQTTSessionManagerStateError: {
        NSString *errorCode = self.sessionManager.lastErrorCode.localizedDescription;
        NSLog(@"连接异常 ----- %@",errorCode);
    }
  
        break;
    case MQTTSessionManagerStateStarting:
        NSLog(@"开始连接");
       break;
    default:
        break;
  

  }
  }

  
  * 接收消息 
      实现MQTTSessionManagerDelegate代理方法，处理数据 
      
      ```
      // 获取服务器返回数据
      - (void)handleMessage:(NSData *)data onTopic:(NSString *)topic retained:(BOOL)retained {
          NSLog(@"------------->>%@",topic);
       
          NSString *dataString = [[NSString alloc] initWithData:data encoding:NSUTF8StringEncoding];
          NSLog(@"%@",dataString);
       
           // 进行消息处理
      }
      ```
  
  * 订阅和发送消息
  
  

  // 订阅主题 NSDictionary类型，Object 为 QoS，key 为 Topic
  self.sessionManager.subscriptions = [NSDictionary dictionaryWithObject:[NSNumber numberWithInt:MQTTQosLevelExactlyOnce] forKey:@"hello"];

  // 发送消息 返回值msgid大于0代表发送成功
  NSString *msg = @"hahaha";
  UInt16 msgid = [self.sessionManager sendData:[msg dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding] //要发送的消息体
  topic:@"hello" //要往哪个topic发送消息
  qos:0 //消息级别

参考文章：MQTT - iOS实现