iOS CFNetwork 内部原理

一，CFNetwork 简介

首先来回顾下。在前文《 [深入浅出Cocoa]iOS网络编程之Socket》中，提到iOS网络编程层次模型分为三层：

• Cocoa层：NSURL，Bonjour，Game Kit，WebKit
• Core Foundation层：基于 C 的 CFNetwork 和 CFNetServices
• OS层:基于 C 的 BSD socket

前文讲的是最底层的 socket，本文将介绍位于 Core Foundation 中的 CFNetwork。CFNetwork 只是对 BSD socket 的进行了轻量级的封装，但在 iOS 中使用 CFNetwork 有一个显著的好处，那就是 CFNetwork 与系统级别的设置（如：天线设置）以及 run-loop 结合得很好。每一个线程都有自己的 run-loop，因此我们可以 CFNetwork 当中事件源加入到 run-loop 中，这样就可以在线程的 run-loop 中处理网络事件了。BTW，大名鼎鼎的 ASIHttpRequest 库就是基于 CFNetwork 封装的。

本文示例代码就是这样做的，源码请查看：

https://github.com/kesalin/iOSSnippet/tree/master/KSNetworkDemo

 

二，CFNetwork API 简介

CFNetwork 接口是基于 C 的，下面的接口用于创建一对 socket stream，一个用于读取，一个用于写入：

void CFStreamCreatePairWithSocketToHost(CFAllocatorRef alloc, CFStringRef host, UInt32 port, CFReadStreamRef *readStream, CFWriteStreamRef *writeStream);

该函数使用 host 以及 port，CFNetwork 会将该 host 转换为 IP 地址，并转换为网络字节顺序。如果我们只需要一个 socket stream，我们可以将另外一个设置为 NULL。还有另外两个“重载”的创建 socket sream的接口：CFStreamCreatePairWithSocket 和 CFStreamCreatePairWithPeerSocketSignature，在这里就不一一介绍了。

注意：在使用这些 socket stream 之前，必须显式地调用其 open 函数：

   

    Boolean CFReadStreamOpen(CFReadStreamRef stream);
   

   

    Boolean CFWriteStreamOpen(CFWriteStreamRef stream);
   

但与 socket 不同的是，这两个接口是异步的，当成功 open 之后，如果调用方设置了获取 kCFStreamEventOpenCompleted 事件的标志的话就会其调用回调函数。

而该回调函数及其参数设置是通过如下接口进行的：

   

    Boolean 
    CFReadStreamSetClient
    (CFReadStreamRef stream, CFOptionFlags streamEvents, CFReadStreamClientCallBack clientCB, CFStreamClientContext *clientContext);
   

   

    Boolean 
    CFWriteStreamSetClient(CFWriteStreamRef stream, CFOptionFlags streamEvents, CFWriteStreamClientCallBack clientCB, CFStreamClientContext 
    *clientContext);
   

该函数用于设置回调函数及相关参数。通过 streamEvents 标志来设置我们对哪些事件感兴趣；clientCB 是一个回调函数，当事件标志对应的事件发生时，该回调函数就会被调用；clientContext 是用于传递参数到回调函数中去。

当设置好回调函数之后，我们可以将 socket stream 当做事件源调度到 run-loop 中去，这样 run-loop 就能分发该 socket stream 的网络事件了。

   

    void
     CFReadStreamScheduleWithRunLoop(CFReadStreamRef stream, CFRunLoopRef runLoop, CFStringRef runLoopMode);
   

   

    void
     
    CFWriteStreamScheduleWithRunLoop
    (CFWriteStreamRef stream, CFRunLoopRef runLoop, CFStringRef runLoopMode);
   

注意，在我们不再关心该 socket stream 的网络事件时，记得要调用如下接口将 socket stream 从 run-loop 的事件源中移除。

   

    void
     CFReadStreamUnscheduleFromRunLoop(CFReadStreamRef stream, CFRunLoopRef runLoop, CFStringRef runLoopMode);
   

   

    void
     
    CFWriteStreamUnscheduleFromRunLoop
    (CFWriteStreamRef stream, CFRunLoopRef runLoop, CFStringRef runLoopMode);
   

当我们将 socket stream 的网络事件调度到 run-loop 之后，我们就能在回调函数中相应各种事件，比如 kCFStreamEventHasBytesAvailable 读取数据：

   

    Boolean 
    CFReadStreamHasBytesAvailable
    (CFReadStreamRef stream);
   

   

    CFIndex 
    CFReadStreamRead(CFReadStreamRef stream, UInt8 
    *buffer, CFIndex bufferLength);
   

或 kCFStreamEventCanAcceptBytes 写入数据：

   

    Boolean 
    CFWriteStreamCanAcceptBytes
    (CFWriteStreamRef stream);
   

   

    CFIndex 
    CFWriteStreamWrite(CFWriteStreamRef stream, 
    const
     UInt8 *buffer, CFIndex bufferLength);
   

最后，我们调用 close 方法关闭 socket stream：

   

    void 
    CFReadStreamClose(CFReadStreamRef stream);
   

   

    void
     CFWriteStreamClose(CFWriteStreamRef stream);
   

三，客户端示例代码

与 socket 演示类似，在这里我只演示客户端示例。同样，我们也在一个后台线程中启动网络操作：

[html]  view plain copy print ?

1.    NSURL * url = [NSURL URLWithString:[NSString stringWithFormat:@"%@:%@", serverHost, serverPort]];  
2.    NSThread * backgroundThread = [[NSThread alloc] initWithTarget:self  
3.                                                          selector:@selector(loadDataFromServerWithURL:)  
4.                                                            object:url];  
5. [backgroundThread start];  

然后在 loadDataFromServerWithURL 中创建 socket 流，并设置其回调函数，将其加入到 run-loop 的事件源中，然后启动之：

[cpp]  view plain copy print ?

1. - (void)loadDataFromServerWithURL:(NSURL *)url  
2. {  
3.     NSString * host = [url host];  
4.     NSInteger port = [[url port] integerValue];  
5.       
6.     // Keep a reference to self to use for controller callbacks  
7.     //  
8.     CFStreamClientContext ctx = {0, (__bridge void *)(self), NULL, NULL, NULL};  
9.       
10.     // Get callbacks for stream data, stream end, and any errors  
11.     //  
12.     CFOptionFlags registeredEvents = (kCFStreamEventHasBytesAvailable | kCFStreamEventEndEncountered | kCFStreamEventErrorOccurred);  
13.       
14.     // Create a read-only socket  
15.     //  
16.     CFReadStreamRef readStream;  
17.     <strong>CFStreamCreatePairWithSocketToHost</strong>(kCFAllocatorDefault, (__bridge CFStringRef)host, port, &readStream, NULL);  
18.       
19.     // Schedule the stream on the run loop to enable callbacks  
20.     //  
21.     if (<strong>CFReadStreamSetClient</strong>(readStream, registeredEvents, socketCallback, &ctx)) {  
22.         <strong>CFReadStreamScheduleWithRunLoop</strong>(readStream, CFRunLoopGetCurrent(), kCFRunLoopCommonModes);  
23.           
24.     }  
25.     else {  
26.         [self networkFailedWithErrorMessage:@"Failed to assign callback method"];  
27.         return;  
28.     }  
29.       
30.     // Open the stream for reading  
31.     //  
32.     if (<strong>CFReadStreamOpen</strong>(readStream) == NO) {  
33.         [self networkFailedWithErrorMessage:@"Failed to open read stream"];  
34.           
35.         return;  
36.     }  
37.       
38.     CFErrorRef error = <strong>CFReadStreamCopyError</strong>(readStream);  
39.     if (error != NULL) {  
40.         if (CFErrorGetCode(error) != 0) {  
41.             NSString * errorInfo = [NSString stringWithFormat:@"Failed to connect stream; error '%@' (code %ld)", (__bridge NSString*)CFErrorGetDomain(error), CFErrorGetCode(error)];  
42.             [self networkFailedWithErrorMessage:errorInfo];  
43.         }  
44.           
45.         CFRelease(error);  
46.           
47.         return;  
48.     }  
49.       
50.     NSLog(@"Successfully connected to %@", url);  
51.       
52.     // Start processing  
53.     //  
54.     <strong>CFRunLoopRun</strong>();  
55. }  

参考前面的接口说明，相信你不难理解上面的代码。前面唯一没有提到的接口就是 CFReadStreamCopyError，该接口用于获取当前的错误信息，如果没有错误则返回 NULL。

   

    CFErrorRef CFReadStreamCopyError(CFReadStreamRef stream);
   

   

    CFErrorRef CFWriteStreamCopyError(CFWriteStreamRef stream);
   

此外，我们还可以调用如下接口获取 socket stream 的当前状态：

   

    CFStreamStatus CFReadStreamGetStatus(CFReadStreamRef stream);
   

   

    CFStreamStatus CFWriteStreamGetStatus(CFWriteStreamRef stream);
   

在上面的代码中，我们设置了当有数据可以读取，流到达结尾处时以及错误发生时调用回调函数 socketCallback：

[html]  view plain copy print ?

1. void socketCallback(CFReadStreamRef stream, CFStreamEventType event, void * myPtr)  
2. {  
3.     KSCFNetworkViewController * controller = (__bridge KSCFNetworkViewController *)myPtr;  
4.       
5.     switch(event) {  
6.         case kCFStreamEventHasBytesAvailable: {  
7.             // Read bytes until there are no more  
8.             //  
9.             while (<strong>CFReadStreamHasBytesAvailable</strong>(stream)) {  
10.                 UInt8 buffer[kBufferSize];  
11.                 int numBytesRead = <strong>CFReadStreamRead</strong>(stream, buffer, kBufferSize);  
12.                   
13.                 [controller didReceiveData:[NSData dataWithBytes:buffer length:numBytesRead]];  
14.             }  
15.               
16.             break;  
17.         }  
18.               
19.         case kCFStreamEventErrorOccurred: {  
20.             CFErrorRef error = <strong>CFReadStreamCopyError</strong>(stream);  
21.             if (error != NULL) {  
22.                 if (CFErrorGetCode(error) != 0) {  
23.                     NSString * errorInfo = [NSString stringWithFormat:@"Failed while reading stream; error '%@' (code %ld)", (__bridge NSString*)CFErrorGetDomain(error), CFErrorGetCode(error)];  
24.                       
25.                     [controller networkFailedWithErrorMessage:errorInfo];  
26.                 }  
27.                   
28.                 CFRelease(error);  
29.             }  
30.               
31.               
32.             break;  
33.         }  
34.               
35.         case kCFStreamEventEndEncountered:  
36.             // Finnish receiveing data  
37.             //  
38.             [controller didFinishReceivingData];  
39.               
40.             // Clean up  
41.             //  
42.             <strong>CFReadStreamClose</strong>(stream);  
43.             <strong>CFReadStreamUnscheduleFromRunLoop</strong>(stream, CFRunLoopGetCurrent(), kCFRunLoopCommonModes);  
44.             <strong>CFRunLoopStop</strong>(CFRunLoopGetCurrent());  
45.               
46.             break;  
47.               
48.         default:  
49.             break;  
50.     }  
51. }  

上面的代码也很好理解，当有数据可以读取时，读取之，然后更新 UI；当流到达结尾处时，关闭流，执行清理工作；当错误发送时，报告错误信息。

四，扩展

虽然上面的代码只演示了如何使用 CFNetwork 的 CFReadStream 来读取数据，写入数据使用 CFWriteStream，其工作流程也是一样的。在这里就不再介绍了。更多《深入浅出Cocoa》系列文章，敬请访问优快云专栏：http://blog.youkuaiyun.com/column/details/cocoa.html