• 【转】iOS中流(Stream)的使用

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

    流提供了一种简单的方式在不同和介质中交换数据，这种交换方式是与设备无关的。流是在通信路径中串行传输的连续的比特位序列。从编码的角度来看，流是单向的，因此流可以是输入流或输出流。除了基于文件的流外，其它形式的流都是不可查找的，这些流的数据一旦消耗完后，就无法从流对象中再次获取。

    在Cocoa中包含三个与流相关的类：NSStream、NSInputStream和NSOutputStream。NSStream是一个抽象基类，定义了所有流对象的基础接口和属性。NSInputStream和NSOutputStream继承自NSStream，实现了输入流和输出流的默认行为。下图描述了流的应用场景：



    从图中看，NSInputStream可以从文件、socket和NSData对象中获取数据；NSOutputStream可以将数据写入文件、socket、内存缓存和NSData对象中。这三处类主要处理一些比较底层的任务。

    流对象有一些相关的属性。大部分属性是用于处理网络安全和配置的，这些属性统称为SSL和SOCKS代理信息。两个比较重要的属性是：

    1. NSStreamDataWrittenToMemoryStreamKey：允许输出流查询写入到内存的数据
      NSStreamFileCurrentOffsetKey：允许操作基于文件的流的读写位置



    可以给流对象指定一个代理对象。如果没有指定，则流对象作为自己的代理。流对象调用唯一的代理方法stream:handleEvent:来处理流相关的事件：

    1. 对于输入流来说，是有可用的数据可读取事件。我们可以使用read:maxLength:方法从流中获取数据
      对于输出流来说，是准备好写入的数据事件。我们可以使用write:maxLength:方法将数据写入流



    Cocoa中的流对象与Core Foundation中的流对象是对应的。我们可以通过toll-free桥接方法来进行相互转换。NSStream、NSInputStream和NSOutputStream分别对应CFStream、CFReadStream和CFWriteStream。但这两者间不是完全一样的。Core Foundation一般使用回调函数来处理数据。另外我们可以子类化NSStream、NSInputStream和NSOutputStream，来自定义一些属性和行为，而Core Foundation中的流对象则无法进行扩展。

    上面主要介绍了iOS中流的一些基本概念，我们下面将介绍流的具体使用，首先看看如何从流中读取数据。

    从输入流中读取数据

    从一个NSInputStream流中读取数据主要包括以下几个步骤：

    1. 从数据源中创建和初始化一个NSInputStream实例
      将流对象放入一个run loop中并打开流
      处理流对象发送到其代理的事件
      当没有更多数据可读取时，关闭并销毁流对象。
      准备流对象



    要使用一个NSInputStream，必须要有数据源。数据源可以是文件、NSData对象和网络socket。创建好后，我们设置其代理对象，并将其放入到run loop中，然后打开流。代码清单1展示了这个准备过程.

    代理清单1

     
    复制代码
    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. }



    在流对象放入run loop且有流事件(有可读数据)发生时，流对象会向代理对象发送stream:handleEvent:消息。在打开流之前，我们需要调用流对象的scheduleInRunLoop:forMode:方法，这样做可以避免在没有数据可读时阻塞代理对象的操作。我们需要确保的是流对象被放入正确的run loop中，即放入流事件发生的那个线程的run loop中。

    处理流事件

    打开流后，我们可以使用streamStatus属性查看流的状态，用hasBytesAvailable属性检测是否有可读的数据，用streamError来查看流处理过程中产生的错误。

    流一旦打开后，将会持续发送stream:handleEvent:消息给代理对象，直到流结束为止。这个消息接收一个NSStreamEvent常量作为参数，以标识事件的类型。对于NSInputStream对象，主要的事件类型包括NSStreamEventOpenCompleted、NSStreamEventHasBytesAvailable和NSStreamEventEndEncountered。通常我们会对NSStreamEventHasBytesAvailable更感兴趣。代理清单2演示了从流中获取数据的过程

    代理清单2

     
    复制代码
    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];  // 读取数据
    13.             if (len) {
    14.                 [data appendBytes:(const void *)buf length:len];
    15.             }
    16.         }
    17.             break;
    18.     }
    19. }



    当NSInputStream在处理流的过程中出现错误时，它将停止流处理并产生一个NSStreamEventErrorOccurred事件给代理。我们同样的上面的代理方法中来处理这个事件。

    清理流对象

    当NSInputStream读取到流的结尾时，会发送一个NSStreamEventEndEncountered事件给代理，代理对象应该销毁流对象，此过程应该与创建时相对应，代码清单3演示了关闭和释放流对象的过程。

    代理清单3

     
    复制代码
    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. }



    写入数据到输出流

    类似于从输入流读取数据，写入数据到输出流时，需要下面几个步骤：

    1. 使用要写入的数据创建和初始化一个NSOutputStream实例，并设置代理对象
      将流对象放到run loop中并打开流
      处理流对象发送到代理对象中的事件
      如果流对象写入数据到内存，则通过请求NSStreamDataWrittenToMemoryStreamKey属性来获取数据
      当没有更多数据可供写入时，处理流对象



    基本流程与输入流的读取差不多，我们主要介绍不同的地方

    数据可写入的位置包括文件、C缓存、程序内存和网络socket。

    1. hasSpaceAvailable属性表示是否有空间来写入数据
      在stream:handleEvent:中主要处理NSStreamEventHasSpaceAvailable事件，并调用流的write:maxLength方法写数据。代码清单4演示了这一过程。
      如果NSOutputStream对象的目标是应用的内存时，在NSStreamEventEndEncountered事件中可能需要从内存中获取流中的数据。我们将调用NSOutputStream对象的propertyForKey:的属性，并指定key为NSStreamDataWrittenToMemoryStreamKey来获取这些数据。



    代理清单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;
            }
        }
    }

    这里需要注意的是：当代理接收到NSStreamEventHasSpaceAvailable事件而没有写入任何数据到流时，代理将不再从run loop中接收该事件，直到NSOutputStream对象接收到更多数据，这时run loop会重启NSStreamEventHasSpaceAvailable事件。

    流的轮循处理

    在流的处理过程中，除了将流放入run loop来处理流事件外，还可以对流进行轮循处理。我们将流处理数据的过程放到一个循环中，并在循环中不断地去询问流是否有可用的数据供读取(hasBytesAvailable)或可用的空间供写入(hasSpaceAvailable)。当处理到流的结尾时，我们跳出循环结束流的操作。

    具体的过程如代码清单5所示

    代码清单5

     
    复制代码
    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. }



    这种处理方法的问题在于它会阻塞当前线程，直到流处理结束为止，才继续进行后面的操作。而这种问题在处理网络socket流时尤为严重，我们必须等待服务端数据回来后才能继续操作。因此，通常情况下，建议使用run loop方式来处理流事件。

    错误处理

    当流出现错误时，会停止对流数据的处理。一个流对象在出现错误时，不能再用于读或写操作，虽然在关闭前可以查询它的状态。

    NSStream和NSOutputStream类会以几种方式来告知错误的发生：

     
    复制代码
    1. 如果流被放到run loop中，对象会发送一个NSStreamEventErrorOccurred事件到代理对象的stream:handleEvent:方法中
    2. 任何时候，可以调用streamStatus属性来查看是否发生错误(返回NSStreamStatusError)
    3. 如果在通过调用write:maxLength:写入数据到NSOutputStream对象时返回-1，则发生一个写错误。



    一旦确定产生错误时，我们可以调用流对象的streamError属性来查看错误的详细信息。在此我们不再举例。

    设置Socket流

    在iOS中，NSStream类不支持连接到远程主机，幸运的是CFStream支持。前面已经说过这两者可以通过toll-free桥接来相互转换。使用CFStream时，我们可以调用CFStreamCreatePairWithSocketToHost函数并传递主机名和端口号，来获取一个CFReadStreamRef和一个CFWriteStreamRef来进行通信，然后我们可以将它们转换为NSInputStream和NSOutputStream对象来处理。

    具体的处理流程我们会在后期详细讨论。

    参考

    Stream Programming Guide
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