iOS 中流(Stream)的使用

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:

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:

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:

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

- (void)setUpStreamForFile:(NSString *)path

{

NSInputStream *inputStream = [[NSInputStream alloc] initWithFileAtPath:path];

inputStream.delegate = self;

[inputStream scheduleInRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];

[inputStream open];

}

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

- (void)stream:(NSStream *)aStream handleEvent:(NSStreamEvent)eventCode

{

switch (eventCode) {

case NSStreamEventHasBytesAvailable:

{

if (!data) {

data = [NSMutableData data];

}

uint8_t buf[1024];

unsigned int len = 0;

len = [(NSInputStream *)aStream read:buf maxLength:1024];  // 读取数据

if (len) {

[data appendBytes:(const void *)buf length:len];

}

}

break;

}

}

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

- (void)stream:(NSStream *)aStream handleEvent:(NSStreamEvent)eventCode

{

switch (eventCode) {

case NSStreamEventEndEncountered:

{

[aStream close];

[aStream removeFromRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSDefaultRunLoopMode];

aStream = nil;

}

break;

}

}

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:

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。

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

- (void)createNewFile {

NSOutputStream *oStream = [[NSOutputStream alloc] initToMemory];

[oStream open];

uint8_t *readBytes = (uint8_t *)[data mutableBytes];

uint8_t buf[1024];

int len = 1024;

while (1) {

if (len == 0) break;

if ([oStream hasSpaceAvailable])

{

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

readBytes += len;

if ([oStream write:(const uint8_t *)buf maxLength:len] == -1)

{

[self handleError:[oStream streamError]];

break;

}

[bytesWritten setIntValue:[bytesWritten intValue]+len];

len = (([data length] - [bytesWritten intValue] >= 1024) ? 1024 : [data length] - [bytesWritten intValue]);

}

}

NSData *newData = [oStream propertyForKey:NSStreamDataWrittenToMemoryStreamKey];

if (!newData) {

NSLog(@"No data written to memory!");

} else {

[self processData:newData];

}

[oStream close];

[oStream release];

oStream = nil;

}

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

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

任何时候,可以调用streamStatus属性来查看是否发生错误(返回NSStreamStatusError)

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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