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【轉】iOS中流(Stream)的使用

阿新 • • 發佈：2018-03-20
pen 基本概念 分享 mst 空間 ava fstream free byte

轉自：http://southpeak.github.io/blog/2014/07/17/ioszhong-liu-stream-de-shi-yong/

流提供了一種簡單的方式在不同和介質中交換數據，這種交換方式是與設備無關的。流是在通信路徑中串行傳輸的連續的比特位序列。從編碼的角度來看，流是單向的，因此流可以是輸入流或輸出流。除了基於文件的流外，其它形式的流都是不可查找的，這些流的數據一旦消耗完後，就無法從流對象中再次獲取。

在Cocoa中包含三個與流相關的類：NSStream、NSInputStream和NSOutputStream。NSStream是一個抽象基類，定義了所有流對象的基礎接口和屬性。NSInputStream和NSOutputStream繼承自NSStream，實現了輸入流和輸出流的默認行為。下圖描述了流的應用場景：

技術分享圖片



從圖中看，NSInputStream可以從文件、socket和NSData對象中獲取數據；NSOutputStream可以將數據寫入文件、socket、內存緩存和NSData對象中。這三處類主要處理一些比較底層的任務。

流對象有一些相關的屬性。大部分屬性是用於處理網絡安全和配置的，這些屬性統稱為SSL和SOCKS代理信息。兩個比較重要的屬性是：

  1. NSStreamDataWrittenToMemoryStreamKey：允許輸出流查詢寫入到內存的數據
    NSStreamFileCurrentOffsetKey：允許操作基於文件的流的讀寫位置



可以給流對象指定一個代理對象。如果沒有指定，則流對象作為自己的代理。流對象調用唯一的代理方法stream:handleEvent:來處理流相關的事件：

  1. 對於輸入流來說，是有可用的數據可讀取事件。我們可以使用read:maxLength:方法從流中獲取數據
    對於輸出流來說，是準備好寫入的數據事件。我們可以使用write:maxLength:方法將數據寫入流



Cocoa中的流對象與Core Foundation中的流對象是對應的。我們可以通過toll-free橋接方法來進行相互轉換。NSStream、NSInputStream和NSOutputStream分別對應CFStream、CFReadStream和CFWriteStream。但這兩者間不是完全一樣的。Core Foundation一般使用回調函數來處理數據。另外我們可以子類化NSStream、NSInputStream和NSOutputStream，來自定義一些屬性和行為，而Core Foundation中的流對象則無法進行擴展。

上面主要介紹了iOS中流的一些基本概念，我們下面將介紹流的具體使用，首先看看如何從流中讀取數據。

從輸入流中讀取數據

從一個NSInputStream流中讀取數據主要包括以下幾個步驟：

  1. 從數據源中創建和初始化一個NSInputStream實例
    將流對象放入一個run loop中並打開流
    處理流對象發送到其代理的事件
    當沒有更多數據可讀取時，關閉並銷毀流對象。
    準備流對象



要使用一個NSInputStream，必須要有數據源。數據源可以是文件、NSData對象和網絡socket。創建好後，我們設置其代理對象，並將其放入到run loop中，然後打開流。代碼清單1展示了這個準備過程.

代理清單1

復制代碼
  1. - (void)setUpStreamForFile:(NSString *)path
  2. {
  3. NSInputStream *inputStream = [[NSInputStream alloc] initWithFileAtPath:path];
  4. inputStream.delegate = self;
  5. [inputStream scheduleInRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
  7. [inputStream open];
  8. }



在流對象放入run loop且有流事件(有可讀數據)發生時，流對象會向代理對象發送stream:handleEvent:消息。在打開流之前，我們需要調用流對象的scheduleInRunLoop:forMode:方法，這樣做可以避免在沒有數據可讀時阻塞代理對象的操作。我們需要確保的是流對象被放入正確的run loop中，即放入流事件發生的那個線程的run loop中。

處理流事件

打開流後，我們可以使用streamStatus屬性查看流的狀態，用hasBytesAvailable屬性檢測是否有可讀的數據，用streamError來查看流處理過程中產生的錯誤。

流一旦打開後，將會持續發送stream:handleEvent:消息給代理對象，直到流結束為止。這個消息接收一個NSStreamEvent常量作為參數，以標識事件的類型。對於NSInputStream對象，主要的事件類型包括NSStreamEventOpenCompleted、NSStreamEventHasBytesAvailable和NSStreamEventEndEncountered。通常我們會對NSStreamEventHasBytesAvailable更感興趣。代理清單2演示了從流中獲取數據的過程

代理清單2

復制代碼
  1. - (void)stream:(NSStream *)aStream handleEvent:(NSStreamEvent)eventCode
  2. {
  3. switch (eventCode) {
  4. case NSStreamEventHasBytesAvailable:
  5. {
  6. if (!data) {
  7. data = [NSMutableData data];
  8. }
  10. uint8_t buf[1024];
  11. unsigned int len = 0;
  12. len = [(NSInputStream *)aStream read:buf maxLength:1024]; // 讀取數據
  13. if (len) {
  14. [data appendBytes:(const void *)buf length:len];
  15. }
  16. }
  17. break;
  18. }
  19. }



當NSInputStream在處理流的過程中出現錯誤時，它將停止流處理並產生一個NSStreamEventErrorOccurred事件給代理。我們同樣的上面的代理方法中來處理這個事件。

清理流對象

當NSInputStream讀取到流的結尾時，會發送一個NSStreamEventEndEncountered事件給代理，代理對象應該銷毀流對象，此過程應該與創建時相對應，代碼清單3演示了關閉和釋放流對象的過程。

代理清單3

復制代碼
  1. - (void)stream:(NSStream *)aStream handleEvent:(NSStreamEvent)eventCode
  2. {
  3. switch (eventCode) {
  4. case NSStreamEventEndEncountered:
  5. {
  6. [aStream close];
  7. [aStream removeFromRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];
  8. aStream = nil;
  9. }
  10. break;
  11. }
  12. }



寫入數據到輸出流

類似於從輸入流讀取數據，寫入數據到輸出流時，需要下面幾個步驟：

  1. 使用要寫入的數據創建和初始化一個NSOutputStream實例，並設置代理對象
    將流對象放到run loop中並打開流
    處理流對象發送到代理對象中的事件
    如果流對象寫入數據到內存，則通過請求NSStreamDataWrittenToMemoryStreamKey屬性來獲取數據
    當沒有更多數據可供寫入時，處理流對象



基本流程與輸入流的讀取差不多，我們主要介紹不同的地方

數據可寫入的位置包括文件、C緩存、程序內存和網絡socket。

  1. hasSpaceAvailable屬性表示是否有空間來寫入數據
    在stream:handleEvent:中主要處理NSStreamEventHasSpaceAvailable事件，並調用流的write:maxLength方法寫數據。代碼清單4演示了這一過程。
    如果NSOutputStream對象的目標是應用的內存時，在NSStreamEventEndEncountered事件中可能需要從內存中獲取流中的數據。我們將調用NSOutputStream對象的propertyForKey:的屬性，並指定key為NSStreamDataWrittenToMemoryStreamKey來獲取這些數據。



代理清單4
- (void)stream:(NSStream *)aStream handleEvent:(NSStreamEvent)eventCode
{
switch (eventCode) {
case NSStreamEventHasSpaceAvailable:
{
uint8_t *readBytes = (uint8_t *)[data mutableBytes];
readBytes += byteIndex;
int data_len = [data length];
unsigned int len = (data_len - byteIndex >= 1024) ? 1024 : (data_len - byteIndex);
uint8_t buf[len];

(void)memcpy(buf, readBytes, len);

len = [aStream write:(const uint_8 *)buf maxLength:len];
byteIndex += len;
break;
}
}
}

這裏需要註意的是：當代理接收到NSStreamEventHasSpaceAvailable事件而沒有寫入任何數據到流時，代理將不再從run loop中接收該事件，直到NSOutputStream對象接收到更多數據，這時run loop會重啟NSStreamEventHasSpaceAvailable事件。

流的輪循處理

在流的處理過程中，除了將流放入run loop來處理流事件外，還可以對流進行輪循處理。我們將流處理數據的過程放到一個循環中，並在循環中不斷地去詢問流是否有可用的數據供讀取(hasBytesAvailable)或可用的空間供寫入(hasSpaceAvailable)。當處理到流的結尾時，我們跳出循環結束流的操作。

具體的過程如代碼清單5所示

代碼清單5

復制代碼
  1. - (void)createNewFile {
  2. NSOutputStream *oStream = [[NSOutputStream alloc] initToMemory];
  3. [oStream open];
  5. ???uint8_t *readBytes = (uint8_t *)[data mutableBytes];
  6. uint8_t buf[1024];
  7. int len = 1024;
  9. while (1) {
  10. if (len == 0) break;
  12. if ([oStream hasSpaceAvailable])
  13. {
  14. (void)strncpy(buf, readBytes, len);
  15. readBytes += len;
  16. if ([oStream write:(const uint8_t *)buf maxLength:len] == -1)
  17. {
  18. [self handleError:[oStream streamError]];
  19. break;
  20. }
  21. [bytesWritten setIntValue:[bytesWritten intValue]+len];
  22. len = (([data length] - [bytesWritten intValue] >= 1024) ? 1024 : [data length] - [bytesWritten intValue]);
  23. }
  24. }
  25. NSData *newData = [oStream propertyForKey:NSStreamDataWrittenToMemoryStreamKey];
  27. if (!newData) {
  28. NSLog(@"No data written to memory!");
  29. } else {
  30. [self processData:newData];
  31. }
  33. [oStream close];
  34. [oStream release];
  35. oStream = nil;
  36. }



這種處理方法的問題在於它會阻塞當前線程，直到流處理結束為止，才繼續進行後面的操作。而這種問題在處理網絡socket流時尤為嚴重，我們必須等待服務端數據回來後才能繼續操作。因此，通常情況下，建議使用run loop方式來處理流事件。

錯誤處理

當流出現錯誤時，會停止對流數據的處理。一個流對象在出現錯誤時，不能再用於讀或寫操作，雖然在關閉前可以查詢它的狀態。

NSStream和NSOutputStream類會以幾種方式來告知錯誤的發生：

復制代碼
  1. 如果流被放到run loop中，對象會發送一個NSStreamEventErrorOccurred事件到代理對象的stream:handleEvent:方法中
  2. 任何時候，可以調用streamStatus屬性來查看是否發生錯誤(返回NSStreamStatusError)
  3. 如果在通過調用write:maxLength:寫入數據到NSOutputStream對象時返回-1，則發生一個寫錯誤。



一旦確定產生錯誤時，我們可以調用流對象的streamError屬性來查看錯誤的詳細信息。在此我們不再舉例。

設置Socket流

在iOS中，NSStream類不支持連接到遠程主機，幸運的是CFStream支持。前面已經說過這兩者可以通過toll-free橋接來相互轉換。使用CFStream時，我們可以調用CFStreamCreatePairWithSocketToHost函數並傳遞主機名和端口號，來獲取一個CFReadStreamRef和一個CFWriteStreamRef來進行通信，然後我們可以將它們轉換為NSInputStream和NSOutputStream對象來處理。

具體的處理流程我們會在後期詳細討論。

參考

Stream Programming Guide

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