iOS即时通讯进阶 - CocoaAsyncSocket源码解析(Read篇)
HeiUWSH
8年前
<p><img src="https://simg.open-open.com/show/9f956dd41d266d315551a0febbba582a.png"></p> <h3>前言：</h3> <p>本篇 ，将重点涉及该框架是如何利用缓冲区对数据进行读取、以及各种情况下的数据包处理，其中还包括普通的、和基于 TLS 的不同读取操作等等。</p> <p>注：由于该框架源码篇幅过大，且有大部分相对抽象的数据操作逻辑，尽管楼主竭力想要简单的去陈述相关内容，但是阅读起来仍会有一定的难度。如果不是诚心想学习 IM 相关知识，在这里就可以离场了...</p> <p>注：文中涉及代码比较多，建议大家结合源码一起阅读比较容易能加深理解。</p> <p>或者自行查阅。</p> <h3>目录：</h3> <ul> <li>1.浅析 Read 读取，并阐述数据从 socket 到用户手中的流程。</li> <li>2.讲讲两种 TLS 建立连接的过程。</li> <li>3.深入讲解 Read 的核心方法--- doReadData 的实现。</li> </ul> <h3>正文：</h3> <h2>一.浅析 Read 读取，并阐述数据从 socket 到用户手中的流程</h2> <p>大家用过这个框架就知道，我们每次读取数据之前都需要主动调用这么一个 Read 方法：</p> <pre> <code class="language-objectivec">[gcdSocket readDataWithTimeout:-1 tag:110];</code></pre> <p>设置一个超时和 tag 值，这样我们就可以在这个超时的时间里，去读取到达当前 socket 的数据了。</p> <p>那么本篇 Read 就从这个方法开始说起，我们点进框架里，来到这个方法：</p> <pre> <code class="language-objectivec">- (void)readDataWithTimeout:(NSTimeInterval)timeout tag:(long)tag { [self readDataWithTimeout:timeout buffer:nil bufferOffset:0 maxLength:0 tag:tag]; } - (void)readDataWithTimeout:(NSTimeInterval)timeout buffer:(NSMutableData *)buffer bufferOffset:(NSUInteger)offset tag:(long)tag { [self readDataWithTimeout:timeout buffer:buffer bufferOffset:offset maxLength:0 tag:tag]; } //用偏移量 maxLength 读取数据 - (void)readDataWithTimeout:(NSTimeInterval)timeout buffer:(NSMutableData *)buffer bufferOffset:(NSUInteger)offset maxLength:(NSUInteger)length tag:(long)tag { if (offset > [buffer length]) { LogWarn(@"Cannot read: offset > [buffer length]"); return; } GCDAsyncReadPacket *packet = [[GCDAsyncReadPacket alloc] initWithData:buffer startOffset:offset maxLength:length timeout:timeout readLength:0 terminator:nil tag:tag]; dispatch_async(socketQueue, ^{ @autoreleasepool { LogTrace(); if ((flags & kSocketStarted) && !(flags & kForbidReadsWrites)) { //往读的队列添加任务，任务是包的形式 [readQueue addObject:packet]; [self maybeDequeueRead]; } }}); }</code></pre> <p>这个方法很简单。最终调用，去创建了一个 GCDAsyncReadPacket 类型的对象 packet ，简单来说这个对象是用来标识读取任务的。然后把这个 packet 对象添加到读取队列中。然后去调用:</p> <pre> <code class="language-objectivec">[self maybeDequeueRead];</code></pre> <p>去从队列中取出读取任务包，做读取操作。</p> <p>还记得我们之前 Connect 篇讲到的 GCDAsyncSocket 这个类的一些属性，其中有这么一个：</p> <pre> <code class="language-objectivec">//当前这次读取数据任务包 GCDAsyncReadPacket *currentRead;</code></pre> <p>这个属性标识了我们当前这次读取的任务，当读取到 packet 任务时，其实这个属性就被赋值成 packet ，做数据读取。</p> <p>接着来看看 GCDAsyncReadPacket 这个类，同样我们先看看属性：</p> <pre> <code class="language-objectivec">@interface GCDAsyncReadPacket : NSObject { @public //当前包的数据 ，（容器，有可能为空） NSMutableData *buffer; //开始偏移 （数据在容器中开始写的偏移） NSUInteger startOffset; //已读字节数 （已经写了个字节数） NSUInteger bytesDone; //想要读取数据的最大长度 （有可能没有） NSUInteger maxLength; //超时时长 NSTimeInterval timeout; //当前需要读取总长度 （这一次read读取的长度，不一定有，如果没有则可用maxLength） NSUInteger readLength; //包的边界标识数据 （可能没有） NSData *term; //判断buffer的拥有者是不是这个类，还是用户。 //跟初始化传不传一个buffer进来有关，如果传了，则拥有者为用户 NO， 否则为YES BOOL bufferOwner; //原始传过来的data长度 NSUInteger originalBufferLength; //数据包的tag long tag; }</code></pre> <p>这个类的内容还是比较多的，但是其实理解起来也很简单， 它主要是来装当前任务的一些标识和数据，使我们能够正确的完成我们预期的读取任务。</p> <p>这些属性，大家同样过一个眼熟即可，后面大家就能理解它们了。</p> <p>这个类还有一堆方法，包括初始化的、和一些数据的操作方法，其具体作用如下注释：</p> <pre> <code class="language-objectivec">//初始化 - (id)initWithData:(NSMutableData *)d startOffset:(NSUInteger)s maxLength:(NSUInteger)m timeout:(NSTimeInterval)t readLength:(NSUInteger)l terminator:(NSData *)e tag:(long)i; //确保容器大小给多余的长度 - (void)ensureCapacityForAdditionalDataOfLength:(NSUInteger)bytesToRead; ////预期中读的大小，决定是否走preBuffer - (NSUInteger)optimalReadLengthWithDefault:(NSUInteger)defaultValue shouldPreBuffer:(BOOL *)shouldPreBufferPtr; //读取指定长度的数据 - (NSUInteger)readLengthForNonTermWithHint:(NSUInteger)bytesAvailable; //上两个方法的综合 - (NSUInteger)readLengthForTermWithHint:(NSUInteger)bytesAvailable shouldPreBuffer:(BOOL *)shouldPreBufferPtr; //根据一个终结符去读数据，直到读到终结的位置或者最大数据的位置，返回值为该包的确定长度 - (NSUInteger)readLengthForTermWithPreBuffer:(GCDAsyncSocketPreBuffer *)preBuffer found:(BOOL *)foundPtr; ////查找终结符，在prebuffer之后，返回值为该包的确定长度 - (NSInteger)searchForTermAfterPreBuffering:(ssize_t)numBytes;</code></pre> <p>这里暂时仍然不准备去讲这些方法，等我们用到了在去讲它。</p> <p>我们通过上述的属性和这些方法，能够把数据正确的读取到 packet 的属性 buffer 中，再用代理回传给用户。</p> <p>这个 GCDAsyncReadPacket 类暂时就先这样了，我们接着往下看，前面讲到调用 maybeDequeueRead 开始读取任务，我们接下来就看看这个方法：</p> <pre> <code class="language-objectivec">//让读任务离队，开始执行这条读任务 - (void)maybeDequeueRead { LogTrace(); NSAssert(dispatch_get_specific(IsOnSocketQueueOrTargetQueueKey), @"Must be dispatched on socketQueue"); // If we're not currently processing a read AND we have an available read stream //如果当前读的包为空，而且flag为已连接 if ((currentRead == nil) && (flags & kConnected)) { //如果读的queue大于0 （里面装的是我们封装的GCDAsyncReadPacket数据包） if ([readQueue count] > 0) { // Dequeue the next object in the write queue //使得下一个对象从写的queue中离开 //从readQueue中拿到第一个写的数据 currentRead = [readQueue objectAtIndex:0]; //移除 [readQueue removeObjectAtIndex:0]; //我们的数据包，如果是GCDAsyncSpecialPacket这种类型，这个包里装了TLS的一些设置 //如果是这种类型的数据，那么我们就进行TLS if ([currentRead isKindOfClass:[GCDAsyncSpecialPacket class]]) { LogVerbose(@"Dequeued GCDAsyncSpecialPacket"); // Attempt to start TLS //标记flag为正在读取TLS flags |= kStartingReadTLS; // This method won't do anything unless both kStartingReadTLS and kStartingWriteTLS are set //只有读写都开启了TLS,才会做TLS认证 [self maybeStartTLS]; } else { LogVerbose(@"Dequeued GCDAsyncReadPacket"); // Setup read timer (if needed) //设置读的任务超时，每次延时的时候还会调用 [self doReadData]; [self setupReadTimerWithTimeout:currentRead->timeout]; // Immediately read, if possible //读取数据 [self doReadData]; } } //读的队列没有数据，标记flag为，读了没有数据则断开连接状态 else if (flags & kDisconnectAfterReads) { //如果标记有写然后断开连接 if (flags & kDisconnectAfterWrites) { //如果写的队列为0，而且写为空 if (([writeQueue count] == 0) && (currentWrite == nil)) { //断开连接 [self closeWithError:nil]; } } else { //断开连接 [self closeWithError:nil]; } } //如果有安全socket。 else if (flags & kSocketSecure) { [self flushSSLBuffers]; //如果可读字节数为0 if ([preBuffer availableBytes] == 0) { // if ([self usingCFStreamForTLS]) { // Callbacks never disabled } else { //重新恢复读的source。因为每次开始读数据的时候，都会挂起读的source [self resumeReadSource]; } } } } }</code></pre> <p>详细的细节看注释即可，这里我们讲讲主要的作用：</p> <ol> <li>我们首先做了一些是否连接，读队列任务是否大于0等等一些判断。当然，如果判断失败，那么就不在读取，直接返回。</li> <li> <p>接着我们从全局的 readQueue 中，拿到第一条任务，去做读取，我们来判断这个任务的类型，如果是 GCDAsyncSpecialPacket 类型的，我们将开启 TLS 认证。（后面再来详细讲）</p> <p>如果是是我们之前加入队列中的 GCDAsyncReadPacket 类型，我们则开始读取操作，调用 doReadData ，这个方法将是整个 Read 篇的核心方法。</p> </li> <li>如果队列中没有任务，我们先去判断，是否是上一次是读取了数据，但是没有数据的标记，如果是的话我们则断开 socket 连接（注：还记得么， 我们之前应用篇有说过，调取读取任务时给一个超时，如果超过这个时间，还没读取到任务，则会断开连接，就是在这触发的 ）。</li> <li>如果我们是安全的连接（基于TLS的 Socket ），我们就去调用 flushSSLBuffers ，把数据从 SSL 通道中，移到我们的全局缓冲区 preBuffer 中。</li> </ol> <p>讲到这，大家可能觉得有些迷糊，为了能帮助大家理解，这里我准备了一张流程图，来讲讲整个框架读取数据的流程：</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/acf9d44b54cc4bdf150b26f3c8df65b3.png"></p> <ol> <li>这张图就是整个数据的流向了，这里我们读取数据分为两种情况，一种是基于 TLS ，一种是普通的数据读取。</li> <li>而基于 TLS 的数据读取，又分为两种，一种是基于 CFStream ，另一种则是安全通道 SecureTransport 形式。</li> <li>这两种类型的 TLS 都会在各自的通道内，完成数据的解密，然后解密后的数据又流向了全局缓冲区 prebuffer 。</li> <li>这个全局缓冲区 prebuffer 就像一个蓄水池，如果我们一直不去做读取任务的话，它里面的数据会越来越多，当我们读取其中所有数据，它就会回归最初的状态。</li> <li>我们用 currentRead 的方式，从 prebuffer 中读取数据，当读到我们想要的位置时，就会回调代理，用户得到数据。</li> </ol> <h2>二.讲讲两种TLS建立连接的过程</h2> <p>讲到这里，就不得不提一下，这里个框架开启 TLS 的过程。它对外提供了这么一个方法来开启 TLS ：</p> <pre> <code class="language-objectivec">- (void)startTLS:(NSDictionary *)tlsSettings</code></pre> <p>可以根据一个字典，去开启并且配置 TLS ，那么这个字典里包含什么内容呢？</p> <p>一共包含以下这些 key ：</p> <pre> <code class="language-objectivec">//配置SSL上下文的设置 // Configure SSLContext from given settings // // Checklist: // 1. kCFStreamSSLPeerName //证书名 // 2. kCFStreamSSLCertificates //证书数组 // 3. GCDAsyncSocketSSLPeerID //证书ID // 4. GCDAsyncSocketSSLProtocolVersionMin //SSL最低版本 // 5. GCDAsyncSocketSSLProtocolVersionMax //SSL最高版本 // 6. GCDAsyncSocketSSLSessionOptionFalseStart // 7. GCDAsyncSocketSSLSessionOptionSendOneByteRecord // 8. GCDAsyncSocketSSLCipherSuites // 9. GCDAsyncSocketSSLDiffieHellmanParameters (Mac) // // Deprecated (throw error): //被废弃的参数，如果设置了就会报错关闭socket // 10. kCFStreamSSLAllowsAnyRoot // 11. kCFStreamSSLAllowsExpiredRoots // 12. kCFStreamSSLAllowsExpiredCertificates // 13. kCFStreamSSLValidatesCertificateChain // 14. kCFStreamSSLLevel</code></pre> <p>其中有些 Key 的值，具体是什么意思，value如何设置，可以查查苹果文档，限于篇幅，我们就不赘述了，只需要了解重要的几个参数即可。</p> <p>后面一部分是被废弃的参数，如果我们设置了，就会报错关闭 socket 连接。</p> <p>除此之外，还有这么3个 key 被我们遗漏了，这3个key，是框架内部用来判断，并且做一些处理的标识：</p> <pre> <code class="language-objectivec">kCFStreamSSLIsServer //判断当前是否是服务端 GCDAsyncSocketManuallyEvaluateTrust //判断是否需要手动信任SSL GCDAsyncSocketUseCFStreamForTLS //判断是否使用CFStream形式的TLS</code></pre> <p>这3个key的大意如注释，后面我们还会讲到，其中最重要的是 GCDAsyncSocketUseCFStreamForTLS 这个 key ，一旦我们设置为YES，将开启 CFStream 的TLS，关于这种基于流的 TLS 与普通的 TLS 的区别，我们来看看官方说明：</p> <ul> <li> <ul> <li>GCDAsyncSocketUseCFStreamForTLS (iOS only)</li> <li>The value must be of type NSNumber, encapsulating a BOOL value.</li> <li>By default GCDAsyncSocket will use the SecureTransport layer to perform encryption.</li> <li>This gives us more control over the security protocol (many more configuration options),</li> <li>plus it allows us to optimize things like sys calls and buffer allocation.</li> <li>However, if you absolutely must, you can instruct GCDAsyncSocket to use the old-fashioned encryption</li> <li>technique by going through the CFStream instead. So instead of using SecureTransport, GCDAsyncSocket</li> <li>will instead setup a CFRead/CFWriteStream. And then set the kCFStreamPropertySSLSettings property</li> <li>(via CFReadStreamSetProperty / CFWriteStreamSetProperty) and will pass the given options to this method.</li> <li>Thus all the other keys in the given dictionary will be ignored by GCDAsyncSocket,</li> <li>and will passed directly CFReadStreamSetProperty / CFWriteStreamSetProperty.</li> <li>For more infomation on these keys, please see the documentation for kCFStreamPropertySSLSettings.<br> *</li> <li>If unspecified, the default value is NO.</li> </ul> </li> </ul> <p>从上述说明中，我们可以得知， CFStream 形式的 TLS 仅仅可以被用于 iOS 平台，并且它是一种过时的加解密技术，如果我们没有必要，最好还是不要用这种方式的 TLS 。</p> <p>至于它的实现，我们接着往下看。</p> <pre> <code class="language-objectivec">//开启TLS - (void)startTLS:(NSDictionary *)tlsSettings { LogTrace(); if (tlsSettings == nil) { tlsSettings = [NSDictionary dictionary]; } //新生成一个TLS特殊的包 GCDAsyncSpecialPacket *packet = [[GCDAsyncSpecialPacket alloc] initWithTLSSettings:tlsSettings]; dispatch_async(socketQueue, ^{ @autoreleasepool { if ((flags & kSocketStarted) && !(flags & kQueuedTLS) && !(flags & kForbidReadsWrites)) { //添加到读写Queue中去 [readQueue addObject:packet]; [writeQueue addObject:packet]; //把TLS标记加上 flags |= kQueuedTLS; //开始读取TLS的任务，读到这个包会做TLS认证。在这之前的包还是不用认证就可以传送完 [self maybeDequeueRead]; [self maybeDequeueWrite]; } }}); }</code></pre> <p>这个方法就是对外提供的开启 TLS 的方法，它把传进来的字典，包成一个TLS的特殊包，这个 GCDAsyncSpecialPacket 类包里面就一个字典属性：</p> <pre> <code class="language-objectivec">- (id)initWithTLSSettings:(NSDictionary *)settings;</code></pre> <p>然后我们把这个包添加到读写 queue 中去，并且标记当前的状态，然后去执行 maybeDequeueRead 或 maybeDequeueWrite 。</p> <p>需要注意的是，这里只有读到这个 GCDAsyncSpecialPacket 时，才开始TLS认证和握手。</p> <p>接着我们就来到了 maybeDequeueRead 这个方法，这个方法我们在前面第一条中讲到过，忘了的可以往上拉一下页面就可以看到。</p> <p>它就是让我们的 ReadQueue 中的读任务离队，并且开始执行这条读任务。</p> <ul> <li>当我们读到的是 GCDAsyncSpecialPacket 类型的包，则开始进行TLS认证。</li> <li>当我们读到的是 GCDAsyncReadPacket 类型的包，则开始进行一次读取数据的任务。</li> <li>如果 ReadQueue 为空，则对几种情况进行判断，是否是读取上一次数据失败，则断开连接。<br> 如果是基于 TLS 的 Socket ，则把 SSL 安全通道的数据，移到全局缓冲区 preBuffer 中。如果数据仍然为空，则恢复读 source ，等待下一次读 source 的触发。</li> </ul> <p>接着我们来看看这其中第一条，当读到的是一个 GCDAsyncSpecialPacket 类型的包，我们会调用 maybeStartTLS 这个方法：</p> <pre> <code class="language-objectivec">//可能开启TLS - (void)maybeStartTLS { //只有读和写TLS都开启 if ((flags & kStartingReadTLS) && (flags & kStartingWriteTLS)) { //需要安全传输 BOOL useSecureTransport = YES; #if TARGET_OS_IPHONE { //拿到当前读的数据 GCDAsyncSpecialPacket *tlsPacket = (GCDAsyncSpecialPacket *)currentRead; //得到设置字典 NSDictionary *tlsSettings = tlsPacket->tlsSettings; //拿到Key为CFStreamTLS的 value NSNumber *value = [tlsSettings objectForKey:GCDAsyncSocketUseCFStreamForTLS]; if (value && [value boolValue]) //如果是用CFStream的，则安全传输为NO useSecureTransport = NO; } #endif //如果使用安全通道 if (useSecureTransport) { //开启TLS [self ssl_startTLS]; } //CFStream形式的Tls else { #if TARGET_OS_IPHONE [self cf_startTLS]; #endif } } }</code></pre> <p>这里根据我们之前添加标记，判断是否读写TLS状态，是才继续进行接下来的 TLS 认证。</p> <p>接着我们拿到当前 GCDAsyncSpecialPacket ，取得配置字典中 key 为 GCDAsyncSocketUseCFStreamForTLS 的值：</p> <p>如果为 YES 则说明使用 CFStream 形式的 TLS ，否则使用 SecureTransport 安全通道形式的 TLS 。关于这个配置项，还有二者的区别，我们前面就讲过了。</p> <p>接着我们分别来看看这两个方法，先来看看 ssl_startTLS 。</p> <p>这个方法非常长，大概有400多行，所以为了篇幅和大家阅读体验，楼主简化了一部分内容用省略号+注释的形式表示。大家可以参照着源码来阅读。</p> <pre> <code class="language-objectivec">//开启TLS - (void)ssl_startTLS { LogTrace(); LogVerbose(@"Starting TLS (via SecureTransport)..."); //状态标记 OSStatus status; //拿到当前读的数据包 GCDAsyncSpecialPacket *tlsPacket = (GCDAsyncSpecialPacket *)currentRead; if (tlsPacket == nil) // Code to quiet the analyzer { NSAssert(NO, @"Logic error"); [self closeWithError:[self otherError:@"Logic error"]]; return; } //拿到设置 NSDictionary *tlsSettings = tlsPacket->tlsSettings; // Create SSLContext, and setup IO callbacks and connection ref //根据key来判断，当前包是否是服务端的 BOOL isServer = [[tlsSettings objectForKey:(__bridge NSString *)kCFStreamSSLIsServer] boolValue]; //创建SSL上下文 #if TARGET_OS_IPHONE || (__MAC_OS_X_VERSION_MIN_REQUIRED >= 1080) { //如果是服务端的创建服务端上下文，否则是客户端的上下文，用stream形式 if (isServer) sslContext = SSLCreateContext(kCFAllocatorDefault, kSSLServerSide, kSSLStreamType); else sslContext = SSLCreateContext(kCFAllocatorDefault, kSSLClientSide, kSSLStreamType); //为空则报错返回 if (sslContext == NULL) { [self closeWithError:[self otherError:@"Error in SSLCreateContext"]]; return; } } #else // (__MAC_OS_X_VERSION_MIN_REQUIRED < 1080) { status = SSLNewContext(isServer, &sslContext); if (status != noErr) { [self closeWithError:[self otherError:@"Error in SSLNewContext"]]; return; } } #endif //给SSL上下文设置 IO回调 分别为SSL 读写函数 status = SSLSetIOFuncs(sslContext, &SSLReadFunction, &SSLWriteFunction); //设置出错 if (status != noErr) { [self closeWithError:[self otherError:@"Error in SSLSetIOFuncs"]]; return; } //在握手之调用，建立SSL连接 ,第一次连接 1 status = SSLSetConnection(sslContext, (__bridge SSLConnectionRef)self); //连接出错 if (status != noErr) { [self closeWithError:[self otherError:@"Error in SSLSetConnection"]]; return; } //是否应该手动的去信任SSL BOOL shouldManuallyEvaluateTrust = [[tlsSettings objectForKey:GCDAsyncSocketManuallyEvaluateTrust] boolValue]; //如果需要手动去信任 if (shouldManuallyEvaluateTrust) { //是服务端的话，不需要，报错返回 if (isServer) { [self closeWithError:[self otherError:@"Manual trust validation is not supported for server sockets"]]; return; } //第二次连接 再去连接用kSSLSessionOptionBreakOnServerAuth的方式，去连接一次，这种方式可以直接信任服务端证书 status = SSLSetSessionOption(sslContext, kSSLSessionOptionBreakOnServerAuth, true); //错误直接返回 if (status != noErr) { [self closeWithError:[self otherError:@"Error in SSLSetSessionOption"]]; return; } #if !TARGET_OS_IPHONE && (__MAC_OS_X_VERSION_MIN_REQUIRED < 1080) // Note from Apple's documentation: // // It is only necessary to call SSLSetEnableCertVerify on the Mac prior to OS X 10.8. // On OS X 10.8 and later setting kSSLSessionOptionBreakOnServerAuth always disables the // built-in trust evaluation. All versions of iOS behave like OS X 10.8 and thus // SSLSetEnableCertVerify is not available on that platform at all. //为了防止kSSLSessionOptionBreakOnServerAuth这种情况下，产生了不受信任的环境 status = SSLSetEnableCertVerify(sslContext, NO); if (status != noErr) { [self closeWithError:[self otherError:@"Error in SSLSetEnableCertVerify"]]; return; } #endif } //配置SSL上下文的设置 id value; //这个参数是用来获取证书名验证，如果设置为NULL，则不验证 // 1. kCFStreamSSLPeerName value = [tlsSettings objectForKey:(__bridge NSString *)kCFStreamSSLPeerName]; if ([value isKindOfClass:[NSString class]]) { NSString *peerName = (NSString *)value; const char *peer = [peerName UTF8String]; size_t peerLen = strlen(peer); //把证书名设置给SSL status = SSLSetPeerDomainName(sslContext, peer, peerLen); if (status != noErr) { [self closeWithError:[self otherError:@"Error in SSLSetPeerDomainName"]]; return; } } //不是string就错误返回 else if (value) { //这个断言啥用也没有啊。。 NSAssert(NO, @"Invalid value for kCFStreamSSLPeerName. Value must be of type NSString."); [self closeWithError:[self otherError:@"Invalid value for kCFStreamSSLPeerName."]]; return; } // 2. kCFStreamSSLCertificates ... // 3. GCDAsyncSocketSSLPeerID ... // 4. GCDAsyncSocketSSLProtocolVersionMin ... // 5. GCDAsyncSocketSSLProtocolVersionMax ... // 6. GCDAsyncSocketSSLSessionOptionFalseStart ... // 7. GCDAsyncSocketSSLSessionOptionSendOneByteRecord ... // 8. GCDAsyncSocketSSLCipherSuites ... // 9. GCDAsyncSocketSSLDiffieHellmanParameters (Mac) ... //弃用key的检查，如果有下列key对应的value，则都报弃用的错误 // 10. kCFStreamSSLAllowsAnyRoot ... // 11. kCFStreamSSLAllowsExpiredRoots ... // 12. kCFStreamSSLAllowsExpiredCertificates ... // 13. kCFStreamSSLValidatesCertificateChain ... // 14. kCFStreamSSLLevel ... // Setup the sslPreBuffer // // Any data in the preBuffer needs to be moved into the sslPreBuffer, // as this data is now part of the secure read stream. //初始化SSL提前缓冲 也是4Kb sslPreBuffer = [[GCDAsyncSocketPreBuffer alloc] initWithCapacity:(1024 * 4)]; //获取到preBuffer可读大小 size_t preBufferLength = [preBuffer availableBytes]; //如果有可读内容 if (preBufferLength > 0) { //确保SSL提前缓冲的大小 [sslPreBuffer ensureCapacityForWrite:preBufferLength]; //从readBuffer开始读，读这个长度到 SSL提前缓冲的writeBuffer中去 memcpy([sslPreBuffer writeBuffer], [preBuffer readBuffer], preBufferLength); //移动提前的读buffer [preBuffer didRead:preBufferLength]; //移动sslPreBuffer的写buffer [sslPreBuffer didWrite:preBufferLength]; } //拿到上次错误的code,并且让上次错误code = 没错 sslErrCode = lastSSLHandshakeError = noErr; // Start the SSL Handshake process //开始SSL握手过程 [self ssl_continueSSLHandshake]; }</code></pre> <p>这个方法的结构也很清晰，主要就是建立 TLS 连接，并且配置 SSL 上下文对象： sslContext ，为 TLS 握手做准备。</p> <p>这里我们就讲讲几个重要的关于 SSL 的函数，其余细节可以看看注释：</p> <ol> <li>创建SSL上下文对象： <pre> <code class="language-objectivec">sslContext = SSLCreateContext(kCFAllocatorDefault, kSSLServerSide, kSSLStreamType); sslContext = SSLCreateContext(kCFAllocatorDefault, kSSLClientSide, kSSLStreamType);</code></pre> 这个函数用来创建一个SSL上下文，我们接下来会把配置字典 tlsSettings 中所有的参数，都设置到这个 sslContext 中去，然后用这个 sslContext 进行 TLS 后续操作，握手等。</li> <li> <p>给SSL设置读写回调：</p> <pre> <code class="language-objectivec">status = SSLSetIOFuncs(sslContext, &SSLReadFunction, &SSLWriteFunction);</code></pre> <p>这两个回调函数如下：</p> <pre> <code class="language-objectivec">//读函数 static OSStatus SSLReadFunction(SSLConnectionRef connection, void *data, size_t *dataLength) { //拿到socket GCDAsyncSocket *asyncSocket = (__bridge GCDAsyncSocket *)connection; //断言当前为socketQueue NSCAssert(dispatch_get_specific(asyncSocket->IsOnSocketQueueOrTargetQueueKey), @"What the deuce?"); //读取数据，并且返回状态码 return [asyncSocket sslReadWithBuffer:data length:dataLength]; } //写函数 static OSStatus SSLWriteFunction(SSLConnectionRef connection, const void *data, size_t *dataLength) { GCDAsyncSocket *asyncSocket = (__bridge GCDAsyncSocket *)connection; NSCAssert(dispatch_get_specific(asyncSocket->IsOnSocketQueueOrTargetQueueKey), @"What the deuce?"); return [asyncSocket sslWriteWithBuffer:data length:dataLength]; }</code></pre> <p>他们分别调用了 sslReadWithBuffer 和 sslWriteWithBuffer 两个函数进行 SSL 的读写处理，关于这两个函数，我们后面再来说。</p> </li> <li>发起 SSL 连接： <pre> <code class="language-objectivec">status = SSLSetConnection(sslContext, (__bridge SSLConnectionRef)self);</code></pre> </li> </ol> <p>到这一步，前置的重要操作就完成了，接下来我们是对 SSL 进行一些额外的参数配置：</p> <p>我们根据 tlsSettings 中 GCDAsyncSocketManuallyEvaluateTrust 字段，去判断是否需要手动信任服务端证书，调用如下函数</p> <pre> <code class="language-objectivec">status = SSLSetSessionOption(sslContext, kSSLSessionOptionBreakOnServerAuth, true);</code></pre> <p>这个函数是用来设置一些可选项的，当然不止 kSSLSessionOptionBreakOnServerAuth 这一种，还有许多种类型的可选项，感兴趣的朋友可以自行点进去看看这个枚举。</p> <p>接着我们按照字典中的设置项，一项一项去设置ssl上下文，类似：</p> <pre> <code class="language-objectivec">status = SSLSetPeerDomainName(sslContext, peer, peerLen);</code></pre> <p>设置完这些有效的，我们还需要去检查无效的 key ，万一我们设置了这些废弃的api，我们需要报错处理。</p> <p>做完这些操作后，我们初始化了一个 sslPreBuffer ，这个 ssl 安全通道下的全局缓冲区：</p> <pre> <code class="language-objectivec">sslPreBuffer = [[GCDAsyncSocketPreBuffer alloc] initWithCapacity:(1024 * 4)];</code></pre> <p>然后把 prebuffer 全局缓冲区中的数据全部挪到 sslPreBuffer 中去，这里为什么要这么做呢？按照我们上面的流程图来说，正确的数据流向应该是从 sslPreBuffer -> prebuffer 的，楼主在这里也思考了很久，最后我的想法是，就是初始化的时候，数据的流向的统一，在我们真正数据读取的时候，就不需要做额外的判断了。</p> <p>到这里我们所有的握手前初始化工作都做完了。</p> <p>接着我们调用了 ssl_continueSSLHandshake 方法开始 SSL 握手：</p> <pre> <code class="language-objectivec">//SSL的握手 - (void)ssl_continueSSLHandshake { LogTrace(); //用我们的SSL上下文对象去握手 OSStatus status = SSLHandshake(sslContext); //拿到握手的结果，赋值给上次握手的结果 lastSSLHandshakeError = status; //如果没错 if (status == noErr) { LogVerbose(@"SSLHandshake complete"); //把开始读写TLS，从标记中移除 flags &= ~kStartingReadTLS; flags &= ~kStartingWriteTLS; //把Socket安全通道标记加上 flags |= kSocketSecure; //拿到代理 __strong id theDelegate = delegate; if (delegateQueue && [theDelegate respondsToSelector:@selector(socketDidSecure:)]) { dispatch_async(delegateQueue, ^{ @autoreleasepool { //调用socket已经开启安全通道的代理方法 [theDelegate socketDidSecure:self]; }}); } //停止读取 [self endCurrentRead]; //停止写 [self endCurrentWrite]; //开始下一次读写任务 [self maybeDequeueRead]; [self maybeDequeueWrite]; } //如果是认证错误 else if (status == errSSLPeerAuthCompleted) { LogVerbose(@"SSLHandshake peerAuthCompleted - awaiting delegate approval"); __block SecTrustRef trust = NULL; //从sslContext拿到证书相关的细节 status = SSLCopyPeerTrust(sslContext, &trust); //SSl证书赋值出错 if (status != noErr) { [self closeWithError:[self sslError:status]]; return; } //拿到状态值 int aStateIndex = stateIndex; //socketQueue dispatch_queue_t theSocketQueue = socketQueue; __weak GCDAsyncSocket *weakSelf = self; //创建一个完成Block void (^comletionHandler)(BOOL) = ^(BOOL shouldTrust){ @autoreleasepool { #pragma clang diagnostic push #pragma clang diagnostic warning "-Wimplicit-retain-self" dispatch_async(theSocketQueue, ^{ @autoreleasepool { if (trust) { CFRelease(trust); trust = NULL; } __strong GCDAsyncSocket *strongSelf = weakSelf; if (strongSelf) { [strongSelf ssl_shouldTrustPeer:shouldTrust stateIndex:aStateIndex]; } }}); #pragma clang diagnostic pop }}; __strong id theDelegate = delegate; if (delegateQueue && [theDelegate respondsToSelector:@selector(socket:didReceiveTrust:completionHandler:)]) { dispatch_async(delegateQueue, ^{ @autoreleasepool { #pragma mark - 调用代理我们自己去https认证 [theDelegate socket:self didReceiveTrust:trust completionHandler:comletionHandler]; }}); } //没实现代理直接报错关闭连接。 else { if (trust) { CFRelease(trust); trust = NULL; } NSString *msg = @"GCDAsyncSocketManuallyEvaluateTrust specified in tlsSettings," @" but delegate doesn't implement socket:shouldTrustPeer:"; [self closeWithError:[self otherError:msg]]; return; } } //握手错误为 IO阻塞的 else if (status == errSSLWouldBlock) { LogVerbose(@"SSLHandshake continues..."); // Handshake continues... // // This method will be called again from doReadData or doWriteData. } else { //其他错误直接关闭连接 [self closeWithError:[self sslError:status]]; } }</code></pre> <p>这个方法就做了一件事，就是 SSL 握手，我们调用了这个函数完成握手：</p> <pre> <code class="language-objectivec">OSStatus status = SSLHandshake(sslContext);</code></pre> <p>然后握手的结果分为4种情况：</p> <ol> <li>如果返回为 noErr ，这个会话已经准备好了安全的通信，握手成功。</li> <li>如果返回的 value 为 errSSLWouldBlock ，握手方法必须再次调用。</li> <li>如果返回为 errSSLServerAuthCompleted ，如果我们要调用代理，我们需要相信服务器，然后再次调用握手，去恢复握手或者关闭连接。</li> <li>否则，返回的 value 表明了错误的 code 。</li> </ol> <p>其中需要说说的是 errSSLWouldBlock ，这个是 IO 阻塞下的错误，也就是服务器的结果还没来得及返回，当握手结果返回的时候，这个方法会被再次触发。</p> <p>还有就是 errSSLServerAuthCompleted 下，我们回调了代理：</p> <pre> <code class="language-objectivec">[theDelegate socket:self didReceiveTrust:trust completionHandler:comletionHandler];</code></pre> <p>我们可以去手动对证书进行认证并且信任，当完成回调后，会调用到这个方法里来，再次进行握手：</p> <pre> <code class="language-objectivec">//修改信息后再次进行SSL握手 - (void)ssl_shouldTrustPeer:(BOOL)shouldTrust stateIndex:(int)aStateIndex { LogTrace(); if (aStateIndex != stateIndex) { return; } // Increment stateIndex to ensure completionHandler can only be called once. stateIndex++; if (shouldTrust) { NSAssert(lastSSLHandshakeError == errSSLPeerAuthCompleted, @"ssl_shouldTrustPeer called when last error is %d and not errSSLPeerAuthCompleted", (int)lastSSLHandshakeError); [self ssl_continueSSLHandshake]; } else { [self closeWithError:[self sslError:errSSLPeerBadCert]]; } }</code></pre> <p>到这里，我们就整个完成安全通道下的 TLS 认证。</p> <p>接着我们来看看基于 CFStream 的 TLS ：</p> <p>因为 CFStream 是上层API，所以它的 TLS 流程相当简单，我们来看看 cf_startTLS 这个方法：</p> <pre> <code class="language-objectivec">//CF流形式的TLS - (void)cf_startTLS { LogTrace(); LogVerbose(@"Starting TLS (via CFStream)..."); //如果preBuffer的中可读数据大于0，错误关闭 if ([preBuffer availableBytes] > 0) { NSString *msg = @"Invalid TLS transition. Handshake has already been read from socket."; [self closeWithError:[self otherError:msg]]; return; } //挂起读写source [self suspendReadSource]; [self suspendWriteSource]; //把未读的数据大小置为0 socketFDBytesAvailable = 0; //去掉下面两种flag flags &= ~kSocketCanAcceptBytes; flags &= ~kSecureSocketHasBytesAvailable; //标记为CFStream flags |= kUsingCFStreamForTLS; //如果创建读写stream失败 if (![self createReadAndWriteStream]) { [self closeWithError:[self otherError:@"Error in CFStreamCreatePairWithSocket"]]; return; } //注册回调，这回监听可读数据了！！ if (![self registerForStreamCallbacksIncludingReadWrite:YES]) { [self closeWithError:[self otherError:@"Error in CFStreamSetClient"]]; return; } //添加runloop if (![self addStreamsToRunLoop]) { [self closeWithError:[self otherError:@"Error in CFStreamScheduleWithRunLoop"]]; return; } NSAssert([currentRead isKindOfClass:[GCDAsyncSpecialPacket class]], @"Invalid read packet for startTLS"); NSAssert([currentWrite isKindOfClass:[GCDAsyncSpecialPacket class]], @"Invalid write packet for startTLS"); //拿到当前包 GCDAsyncSpecialPacket *tlsPacket = (GCDAsyncSpecialPacket *)currentRead; //拿到ssl配置 CFDictionaryRef tlsSettings = (__bridge CFDictionaryRef)tlsPacket->tlsSettings; // Getting an error concerning kCFStreamPropertySSLSettings ? // You need to add the CFNetwork framework to your iOS application. //直接设置给读写stream BOOL r1 = CFReadStreamSetProperty(readStream, kCFStreamPropertySSLSettings, tlsSettings); BOOL r2 = CFWriteStreamSetProperty(writeStream, kCFStreamPropertySSLSettings, tlsSettings); //设置失败 if (!r1 && !r2) // Yes, the && is correct - workaround for apple bug. { [self closeWithError:[self otherError:@"Error in CFStreamSetProperty"]]; return; } //打开流 if (![self openStreams]) { [self closeWithError:[self otherError:@"Error in CFStreamOpen"]]; return; } LogVerbose(@"Waiting for SSL Handshake to complete..."); }</code></pre> <p>1.这个方法很简单，首先它挂起了读写 source ，然后重新初始化了读写流，并且绑定了回调，和添加了 runloop 。</p> <p>这里我们为什么要用重新这么做？看过之前 connect 篇的同学就知道，我们在连接成功之后，去初始化过读写流，这些操作之前都做过。而在这里重新初始化，并不会重新创建，只是修改读写流的一些参数，其中主要是下面这个方法，传递了一个 YES 过去：</p> <pre> <code class="language-objectivec">if (![self registerForStreamCallbacksIncludingReadWrite:YES])</code></pre> <p>这个参数会使方法里多添加一种触发回调的方式： kCFStreamEventHasBytesAvailable 。</p> <p>当有数据可读时候，触发 Stream 回调。</p> <p>2.接着我们用下面这个函数把TLS的配置参数，设置给读写stream:</p> <pre> <code class="language-objectivec">//直接设置给读写stream BOOL r1 = CFReadStreamSetProperty(readStream, kCFStreamPropertySSLSettings, tlsSettings); BOOL r2 = CFWriteStreamSetProperty(writeStream, kCFStreamPropertySSLSettings, tlsSettings);</code></pre> <p>3.最后打开读写流，整个 CFStream 形式的 TLS 就完成了。</p> <p>看到这，大家可能对数据触发的问题有些迷惑。总结一下，我们到现在一共有3种触发的回调：</p> <ol> <li>读写 source ：这个和 socket 绑定在一起，一旦有数据到达，就会触发事件句柄。</li> <li>CFStream 绑定的几种事件的读写回调函数: <pre> <code class="language-objectivec">static void CFReadStreamCallback (CFReadStreamRef stream, CFStreamEventType type, void *pInfo) static void CFWriteStreamCallback (CFWriteStreamRef stream, CFStreamEventType type, void *pInfo)</code></pre> 这个只和 CFStream 形式的 TLS 相关，会触发这种形式的握手，流末尾等出现的错误，还有该形式下数据到达。</li> <li>SSL 安全通道形式，绑定的 SSL 读写函数: <pre> <code class="language-objectivec">static OSStatus SSLReadFunction(SSLConnectionRef connection, void *data, size_t *dataLength) static OSStatus SSLWriteFunction(SSLConnectionRef connection, const void *data, size_t *dataLength)</code></pre> 这个函数并不是由系统触发，而是需要我们主动去调用 SSLRead 和 SSLWrite 两个函数，回调才能被触发。</li> </ol> <p>这里我们需要讲一下的是， 无论我们是否去调用该框架的 Read 方法，数据始终是到达后，触发回调，然后经过一系列的流动，最后总是流向全局缓冲区 prebuffer 。</p> <p>而我们调用 Read ，只是从这个全局缓冲区去读取数据而已。</p> <p>暂时的结尾:</p> <p>篇幅原因，本篇断在这里。如果大家对本文内容有些地方不明白的话，也没关系，等我们下篇把核心方法 doReadData 讲完，在整个梳理一遍，或许大家就会对整个框架的 Read 流程有一个清晰的认识。</p> <p> </p> <p> </p> <p>来自：http://www.jianshu.com/p/fdd3d429bdb3</p> <p> </p>