iOS流式即時(shí)通訊教程

前言

本文翻譯自Real-Time Communication with Streams Tutorial for iOS
翻譯的不對的地方還請多多包涵指正，謝謝~

iOS流式即時(shí)通訊教程

從時(shí)間初始，人們就已開始夢想著更好地跟遙遠(yuǎn)的兄弟通訊的方式。從信鴿到無線電波，我們一直在努力將通訊變得更清晰更高效。

在現(xiàn)代中，一種技術(shù)已成為我們尋求相互理解的重要的工具：簡易網(wǎng)絡(luò)套接字。

現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的第四層，套接字是任何從文本編輯到游戲在線通訊的核心。

為何是套接字

你可能會(huì)奇怪，“為什么不優(yōu)先使用URLSession而選擇低級API？”。如果你沒覺得奇怪，可以假裝你覺得......

好問題_ URLSession通訊是基于HTTP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。使用HTTP，通訊是以【請求-響應(yīng)】方式進(jìn)行。這意味著在大部分App大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)代碼都遵循以下模式：

  1. 從server端請求JSON數(shù)據(jù)
  2. 在代理方法內(nèi)接收并使用JSON

但當(dāng)你希望server告訴App一些事情是怎么辦嘞？對于這種事情HTTP確實(shí)處理的不太好。誠然，你可以通過不斷請求server看是否有更新來實(shí)現(xiàn)，也叫輪詢，或者你可以更狡猾點(diǎn)使用長輪詢，但這些技術(shù)都感覺不那么自然且都有自己的缺陷。最后，為什么要限制自己一定要使用請求-響應(yīng)的范式如果它不是一個(gè)合適的工具嘞？

注：長輪詢 ---- 原文沒有

長輪詢是傳統(tǒng)輪旋技術(shù)的變種，可以模擬信息從服務(wù)端推送到客戶端。使用長輪詢，客戶端像普通的輪詢一樣請求服務(wù)端。但當(dāng)服務(wù)端沒有任何信息可以給到服務(wù)端時(shí)，server會(huì)持有這個(gè)請求等待可用的信息而不是發(fā)送一個(gè)空信息給客戶端。一旦server有可發(fā)送的信息（或者超時(shí)），就發(fā)送一個(gè)響應(yīng)給客戶端?？蛻舳送ǔ?huì)收到信息后立即在請求server，這樣服務(wù)基本會(huì)一致有一個(gè)等待中的用于響應(yīng)客戶端的請求。在web/AJAX中，長連接被叫做Comet。

長輪詢本身并不是一個(gè)推送技術(shù)，但可以用于在長連接不可能實(shí)現(xiàn)的情況下使用。

在這篇流式教程中，你將會(huì)學(xué)習(xí)如何使用套接字直接創(chuàng)建一個(gè)實(shí)時(shí)的聊天應(yīng)用。

image

程序中不是每個(gè)客戶端都去檢查服務(wù)端是否有更新，而是使用在聊天期間持續(xù)存在的輸入輸出流。

開始~

開始前，下載這個(gè)啟動(dòng)包，包含了聊天App和用Go語言寫的server代碼。你不用擔(dān)心自己需要寫Go代碼，只需啟動(dòng)server用來跟客戶端交互。

啟動(dòng)并運(yùn)行server

server代碼是使用Go寫完的并且已幫你編譯好。假如你不相信從網(wǎng)上下載的已編譯好的可執(zhí)行文件，文件夾中有源代碼，你可以自己編譯。

為了運(yùn)行已編譯好的server，打開你的終端，切到下載的文件夾并輸入以下命令，并接下來輸入你的開機(jī)密碼：

sudo ./server

在你輸入完密碼后，應(yīng)該能看到 Listening on 127.0.0.1:80。聊天server開始運(yùn)行啦~ 現(xiàn)在你可以調(diào)到下個(gè)章節(jié)了。

假如你想自己編譯Go代碼，需要用Homebrew安裝Go。

沒有Homebrew工具的話，需要先安裝它。打開終端，復(fù)制如下命令貼到終端。

/usr/bin/ruby -e "$(curl -fsSL https://raw.githubusercontent.com/Homebrew/install/master/install)

然后，使用如下命令安裝Go：

brew install go

一旦完成安裝，切到下載的代碼位置并在終端使用如下編譯命令：

go build server.go

最終，你可以啟動(dòng)server，使用上述啟動(dòng)服務(wù)器的代碼。

瞅瞅現(xiàn)有的App

下一步，打開DogeChat工程，編譯并運(yùn)行，你會(huì)看到已經(jīng)幫你寫好的界面：

image

如上圖所示，DogeChat已經(jīng)寫好可以允許用戶輸入名字后進(jìn)入到聊天室。不幸的是，前一個(gè)工程師不知道怎么寫聊天App因此他寫完了所有的界面和基本的跳轉(zhuǎn)，留下了網(wǎng)絡(luò)層部分給你。

創(chuàng)建聊天室

在開始編碼前，切到 ChatRoomViewController.swift 文件。你可以看到你有了一個(gè)界面處理器，它能接收來自輸入欄的信息，也可以通過使用Message對象配置cell的TableView來展示消息。

既然你已經(jīng)有了ViewController，那么你只需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)ChatRoom來處理繁重的工作。

開始寫新類前，我想快速列舉下新類的功能。對于它，我們希望能處理這些事情：

  1. 打開聊天室服務(wù)器的連接
  2. 允許通過提供名字來進(jìn)入聊天室
  3. 用戶能夠收發(fā)信息
  4. 當(dāng)時(shí)完成時(shí)關(guān)閉連接

現(xiàn)在你知道你該做什么啦，點(diǎn)擊Command+N創(chuàng)建新的文件。選擇Cocoa Touch Class并將它命名為ChatRoom。

創(chuàng)建輸入輸出流

現(xiàn)在，繼續(xù)并替換在文件內(nèi)的內(nèi)容如下：

import UIKit

class ChatRoom: NSObject {
  //1
  var inputStream: InputStream!
  var outputStream: OutputStream!
  
  //2
  var username = ""
  
  //3
  let maxReadLength = 4096
  
}

這里，你定義了ChatRoom類，并聲明了為使溝通更高效的屬性。

  1. 首先，你有了輸入輸出流。使用這對類可以讓你創(chuàng)建基于app和server的套接字。自然地，你會(huì)通過輸出流來發(fā)送消息，輸出流接收消息。
  2. 下一步，你定義了username變量用于存儲當(dāng)前用戶的名字
  3. 最后定義了maxReadLength。該變量限制你單次發(fā)送信息的數(shù)據(jù)量

然后，切到ChatRoomViewController.swift并在類的內(nèi)部商法添加ChatRoom屬性：

let chatRoom = ChatRoom()

目前你已經(jīng)構(gòu)建了類的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，是時(shí)候開始你之前列舉類功能的第一項(xiàng)了---打開server與App間的連接。

開啟連接

返回到ChatRoom.swift文件在屬性定義的下方，加入以下代碼：

func setupNetworkCommunication() {
  // 1
  var readStream: Unmanaged<CFReadStream>?
  var writeStream: Unmanaged<CFWriteStream>?

  // 2
  CFStreamCreatePairWithSocketToHost(kCFAllocatorDefault,
                                     "localhost" as CFString,
                                     80,
                                     &readStream,
                                     &writeStream)
}

這里發(fā)生了：

  1. 第一段，創(chuàng)建了兩個(gè)未初始化的且不會(huì)自動(dòng)內(nèi)存管理的套接字流
  2. 將讀寫套接字聯(lián)系起來并將其連上主機(jī)的套接字，這里的端口號是80。
    這個(gè)函數(shù)傳入四個(gè)參數(shù)，第一個(gè)是你要用來初始化流的分配類型。盡可能地使用kCFAllocatorDefault，但如果遇到你希望它有不同表現(xiàn)的時(shí)候有其他的選項(xiàng)。

下一步，你指定了hostname。此時(shí)你只需要連接本地機(jī)器，但如果你有遠(yuǎn)程服務(wù)得指定IP，你可以在此使用它。

然后，你指定了連接通過80端口，這是在server端設(shè)定的一個(gè)端口號。

最后，你傳入了讀寫的流指針，這個(gè)方法能使用已連接的內(nèi)部的讀寫流來初始化它們。

現(xiàn)在你已獲得了出事后的流，你可以通過添加以下兩行代碼存儲它們的引用：

inputStream = readStream!.takeRetainedValue()
outputStream = writeStream!.takeRetainedValue()

在不受管理的對象上調(diào)用takeRetainedValue()可以讓你同步獲得一個(gè)保留的引用并且消除不平衡的保留(an unbalanced retain)，因此之后內(nèi)存不會(huì)泄露?，F(xiàn)在當(dāng)你需要流時(shí)你可以使用它們啦。

下一步，為了讓app能夠合理地響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)事件，這些流需要添加進(jìn)runloop內(nèi)。在setupNetworkCommunication函數(shù)內(nèi)部最后添加以下兩行代碼：

inputStream.schedule(in: .current, forMode: .commonModes)
outputStream.schedule(in: .current, forMode: .commonModes)

你已經(jīng)準(zhǔn)備好打開“洪流之門”了~ 開始吧，添加以下代碼（還在setupNetworkCommunication函數(shù)內(nèi)部最后）：

inputStream.open()
outputStream.open()

這就是全部啦。我們回到ChatRoomViewController.swift類，在viewWillAppear函數(shù)內(nèi)添加如下代碼：

chatRoom.setupNetworkCommunication()

在本地服務(wù)器上，現(xiàn)在你已打開了客戶端和服務(wù)端連接。再次編譯運(yùn)行代碼，將會(huì)看到跟你寫代碼之前一模一樣的界面。

image

參與聊天

現(xiàn)在你已連上了服務(wù)端，是時(shí)候發(fā)一些消息了~ 第一件事情你可能會(huì)說我到底是誰。之后，你也希望開始發(fā)送信息給其他人了。

這里提出了一個(gè)重要的問題：因?yàn)槟阌袃煞N消息，需要想個(gè)辦法來區(qū)分他們。

通信協(xié)議

降到TCP層好處之一是你可以定義自己的協(xié)議來決定一個(gè)信息的有效與否。對于HTTP，你需要想到這些煩人的動(dòng)作：Get，PUT和PATCH。需要構(gòu)造URL并使用合適的頭部和各種各樣的事情。

這里我們之后兩種信息，你可以發(fā)送：

iam:Luke

來進(jìn)入聊天室并通知世界你的名字。你可以說：

msg:Hey, how goes it mang?

來發(fā)送一個(gè)消息給任何一個(gè)在聊天室的人。

這樣純粹且簡單。

這樣顯然不安全，因此不要在工作中使用它。

你知道了服務(wù)器的期望格式，可以在ChatRoom寫一個(gè)方法來進(jìn)入聊天室了。僅有的參數(shù)就是名字了。

為實(shí)現(xiàn)它，添加如下方法到剛添加的方法后面：


funcfunc  joinChatjoinChat(username: String)(username: String) {
   {   //1//1
     letlet data =  data = "iam:"iam:\(username)\(username)"".data(using: .ascii)!
  .data(using: .ascii)!   //2//2
     selfself.username = username
  
  .username = username      //3//3
     __ = data.withUnsafeBytes { outputStream.write($ = data.withUnsafeBytes { outputStream.write($00, maxLength: data., maxLength: data.countcount) }
}) } }
  1. 首先，使用簡單的聊天協(xié)議構(gòu)造了消息
  2. 然后，保存了剛傳進(jìn)來的名字，之后可以在發(fā)送消息的時(shí)候使用它
  3. 最后，將消息寫入輸出流。這比你預(yù)想的要復(fù)雜一些，write(_:maxLength:)方法將一個(gè)不安全的指針引用作為第一個(gè)參數(shù)。withUnsafeBytes(of:_:)方法提供一個(gè)非常便利的方式在閉包的安全范圍內(nèi)處理一些數(shù)據(jù)的不安全指針。

方法已就緒，回到ChatRoomViewController.swift并在viewWillAppear(_:)方法內(nèi)最后添加進(jìn)入聊天室的方法調(diào)用。

chatRoom.joinChat(username: username)

現(xiàn)在編譯并運(yùn)行，輸入名字進(jìn)入界面看看：

image

同樣什么也沒發(fā)生？

image

稍等，我來解釋下~ 去看看終端程序。就在 Listening on 127.0.0.1:80
下方，你會(huì)看到 Luke has joined，或如果你的名字不是Luke的話就是其他的內(nèi)容。

這是個(gè)好消息，但你肯定更希望看到在手機(jī)屏幕上成功的跡象。

響應(yīng)即將來臨的消息

幸運(yùn)的是，服務(wù)器接收的消息就像你剛剛發(fā)送的一樣，并且發(fā)送給在聊天的每個(gè)人，包括你自己。更幸運(yùn)的是，app本就已可在ChatRoomViewController的表格界面上展示即將要來的消息。

所有你要做的就是使用inputStream來捕捉這些消息，將其轉(zhuǎn)換成Message對象，并將它傳出去讓表格做顯示。

為響應(yīng)消息，第一個(gè)需要做的事情是讓ChatRoom成為輸入流的代理。首先，到ChatRoom.swift最底部添加以下擴(kuò)展：

extension ChatRoom: StreamDelegate {

}

現(xiàn)在ChatRoom已經(jīng)采用了StreamDelegate協(xié)議，可以申明為inputStream的代理了。

添加以下代碼到setupNetworkCommunication()方法內(nèi)，并且剛好在schedule(_:forMode:)方法之前。

inputStream.delegate = self

下一步，在擴(kuò)展中添加stream(_:handle:)的實(shí)現(xiàn)：

func stream(_ aStream: Stream, handle eventCode: Stream.Event) {
    switch eventCode {
    case Stream.Event.hasBytesAvailable:
      print("new message received")
    case Stream.Event.endEncountered:
      print("new message received")
    case Stream.Event.errorOccurred:
      print("error occurred")
    case Stream.Event.hasSpaceAvailable:
      print("has space available")
    default:
      print("some other event...")
      break
    }
}

這里你處理了即將來的可能在流上會(huì)發(fā)生的事件。你最感興趣的一個(gè)應(yīng)該是Stream.Event.hasBytesAvailable，因?yàn)檫@意味著有消息需要你讀~

下一步，寫一個(gè)處理即將來的消息的方法。在下面方法下添加：

private func readAvailableBytes(stream: InputStream) {
  //1
  let buffer = UnsafeMutablePointer<UInt8>.allocate(capacity: maxReadLength)
  
  //2
  while stream.hasBytesAvailable {
    //3
    let numberOfBytesRead = inputStream.read(buffer, maxLength: maxReadLength)
    
    //4
    if numberOfBytesRead < 0 {
      if let _ = stream.streamError {
        break
      }
    }

    //Construct the Message object
    
  }
}
  1. 首先，創(chuàng)建一個(gè)緩沖區(qū)，可以用來讀取消息字節(jié)
  2. 下一步，一直循環(huán)到輸入流沒有字節(jié)讀取了為止
  3. 在每一步循環(huán)中，調(diào)用read(_:maxLength:)方法讀取流中的字節(jié)并將它放入傳進(jìn)來的緩沖區(qū)中
  4. 如果讀取的字節(jié)數(shù)小于0，說明錯(cuò)誤發(fā)生并退出

該方法需要在輸入流有字節(jié)可用的時(shí)候調(diào)用，因此在stream(_:handle:)內(nèi)的Stream.Event.hasBytesAvailable中調(diào)用這個(gè)方法：

readAvailableBytes(stream: aStream as! InputStream)

此時(shí)，你獲得了一個(gè)充滿字節(jié)的緩沖區(qū)！在完成這個(gè)方法前，你需要寫另一個(gè)輔助方法將緩沖區(qū)編程Message對象。

將如下代碼放到readAvailableBytes(_:)后面：

private func processedMessageString(buffer: UnsafeMutablePointer<UInt8>,
                                    length: Int) -> Message? {
  //1
  guard let stringArray = String(bytesNoCopy: buffer,
                                 length: length,
                                 encoding: .ascii,
                                 freeWhenDone: true)?.components(separatedBy: ":"),
    let name = stringArray.first,
    let message = stringArray.last else {
      return nil
  }
  //2
  let messageSender:MessageSender = (name == self.username) ? .ourself : .someoneElse
  //3
  return Message(message: message, messageSender: messageSender, username: name)
}
  1. 首先，使用緩沖區(qū)和長度初始化一個(gè)String對象。設(shè)置該對象是ASCII編碼，并告訴對象在使用完緩沖區(qū)的時(shí)候釋放它，并使用:符號來分割消息，因此你就可以分別獲得名字和消息。
  2. 下一步，你知道你或者其他人基于名字發(fā)送了一個(gè)消息。在真是的app中，可能會(huì)希望用一個(gè)獨(dú)特的令牌來區(qū)分不同的人，但在這里這樣就可以了。
  3. 最后，使用剛才獲得的字符串構(gòu)造Message對象并返回

在readAvailableBytes(_:)方法的最后添加以下if-let代碼來使用構(gòu)造Message的方法:

if let message = processedMessageString(buffer: buffer, length: numberOfBytesRead) {
  //Notify interested parties
  
}

此時(shí)，你已準(zhǔn)備將Message發(fā)送給某人了，但是誰呢？

創(chuàng)建ChatRoomDelegate協(xié)議

OK，你肯定希望告訴ChatRoomViewController.swift新的消息來了，但你并沒有它的引用。因?yàn)樗钟辛?code>ChatRoom的強(qiáng)引用，你不希望顯示地申明一個(gè)ChatRoomViewController屬性來創(chuàng)建引用循環(huán)。

這是使用代理協(xié)議的絕佳時(shí)刻。ChatRoom不關(guān)系哪個(gè)對象想知道新消息，它就是負(fù)責(zé)告訴某人就好。

在ChatRoom.swift的頂部，添加下面簡單的協(xié)議定義：

protocol ChatRoomDelegate: class {
  func receivedMessage(message: Message)
}

下一步，添加weak可選屬性來保留一個(gè)任何想成為ChatRoom代理的對象引用。

weak var delegate: ChatRoomDelegate?

現(xiàn)在，回到readAvailableBytes(_:)方法并在if-let內(nèi)添加下面的代碼：

delegate?.receivedMessage(message: message)

為完成它，回到ChatRoomViewController.swift并在MessageInputDelegate代理擴(kuò)展下面添加對ChatRoomDelegate的擴(kuò)展

extension ChatRoomViewController: ChatRoomDelegate {
  func receivedMessage(message: Message) {
    insertNewMessageCell(message)
  }
}

就像我之前說的，其余的工作都已經(jīng)幫你做好了，insertNewMessageCell(_:)方法會(huì)接收你的消息并妥善地添加合適的cell到表格上。

現(xiàn)在，在viewWillAppear(_:)內(nèi)調(diào)用它的super代碼后將界面控制器設(shè)置為ChatRoom的代理。

chatRoom.delegate = self

再一次編譯運(yùn)行，輸入你的名字進(jìn)入到聊天頁面：

image

聊天室現(xiàn)在成功展示了一個(gè)表明你進(jìn)入聊天室的cell。你正式地發(fā)送了一條消息并接收了來自基于套接字TCP服務(wù)器的消息。

發(fā)送消息

是時(shí)候允許用戶發(fā)送真正的文本消息啦~

回到ChatRoom.swift并在類定義的底部添加如下代碼：

func sendMessage(message: String) {
  let data = "msg:\(message)".data(using: .ascii)!
  
  _ = data.withUnsafeBytes { outputStream.write($0, maxLength: data.count) }
}

該方法就像之前寫的joinChat(_:)方法，將你發(fā)送的msg轉(zhuǎn)成作為真正消息的文本。

因?yàn)槟阆Ｍ?code>inputBar告訴ChatRoomViewController用戶已點(diǎn)擊Send按鈕時(shí)發(fā)送消息，回到ChatRoomViewController.swift并找到MessageInputDelegate的擴(kuò)展。

這里，你會(huì)找到一個(gè)叫sendWasTapped(_:)的空方法。為了真正來發(fā)送消息，直接就將它傳給chatRoom。

chatRoom.sendMessage(message: message)

這就是發(fā)送功能的全部啦~ server將會(huì)收到消息并將其轉(zhuǎn)發(fā)給任何人，ChatRoom將會(huì)與以加入房間的方式被通知到消息。

再次運(yùn)行并發(fā)送消息：

image

若你想看到別人在這里聊天，打開一個(gè)新的終端，并輸入：

telnet localhost 80

這樣允許你用命令行的方式連接到TCP服務(wù)器?，F(xiàn)在那里可以發(fā)送跟app相同的命令：

iam:gregg

然后，發(fā)送一條消息：

msg:Ay mang, wut's good?
image

恭喜你，已成功創(chuàng)建了聊天客戶端~

清理工作

如果你之前有寫過任何關(guān)于文件的編程，你應(yīng)該知道當(dāng)文件使用完時(shí)的良好習(xí)慣。事實(shí)證明，像在Unix中的任何其他事情一樣，開著的套接字連接是使用文件句柄來表示的，這意味著像其他文件一樣，在使用完畢后，你需要關(guān)閉它。

在sendMessage(_:)方法后面添加如下方法

func stopChatSession() {
  inputStream.close()
  outputStream.close()
}

你可能已猜到，該方法會(huì)關(guān)閉流并使得消息不能被接收或者發(fā)送出去。這也會(huì)將流從之前添加的runloop中移除掉。

為最終完成它，在Stream.Event.endEncountered代碼分支下添加調(diào)用該方法的代碼：

stopChatSession()

然后，回到ChatRoomViewController.swift并在viewWillDisappear(_:)內(nèi)也添加上述代碼。

這樣，就大功告成了~

何去何從

想下完整代碼，請點(diǎn)擊這里

目前你已經(jīng)掌握（至少是看過一個(gè)簡單的例子）關(guān)于套接字網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，還有幾種方法來擴(kuò)展你的眼界。

UDP 套接字

本教程是關(guān)于TCP通訊的例子，TCP會(huì)建立一個(gè)連接并盡可能保證數(shù)據(jù)包可達(dá)。作為選擇，你可以使用UDP，或者數(shù)據(jù)包套接字通訊。這些套接字并沒有如此的傳輸保證，這意味著他們更加快速且更小的開銷。在游戲領(lǐng)域他們很實(shí)用。體驗(yàn)過延遲嗎？那樣意味著你遇到了糟糕的連接，許多應(yīng)該收到的包被丟棄了。

WebSockets

另一種想這樣給應(yīng)用使用HTTP的技術(shù)叫WebSockets。不像傳統(tǒng)的TCP套接字，WebSockets至少保持與HTTP的關(guān)系，并且可以用于實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)套接字相同的實(shí)時(shí)通信目標(biāo)，所有這一切都來自瀏覽器的舒適性和安全性。當(dāng)然WebSockets也可以在iOS上使用，我們剛好有這篇教程如果你想學(xué)習(xí)更多內(nèi)容的話。

Beej的網(wǎng)絡(luò)編程指南

最后，如果你真的想深入了解網(wǎng)絡(luò)，看看免費(fèi)的在線書籍--Beej的網(wǎng)絡(luò)編程指南。拋開奇怪的昵稱，這本書提供了非常詳盡且寫的很好的套接字編程。如果你害怕C語言，那么這本書確實(shí)有點(diǎn)“恐怖”，但說不定今天是你面對恐懼的時(shí)候呢:]

希望你能享受這篇流教程，像往常一樣，如果你有任何問題請毫無顧忌的讓我知道或者在下方留言~

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