WWDC 2018：Network.framework 入門，現代化 Socket 編程的新選擇

WWDC18 Session 715 Introducing Network.framework: A modern alternative to Sockets編程

現代化的傳輸 API

提及 Socket ，我回頭望了一眼書架上厚厚的 UNIX 網絡編程卷1: 套接字聯網 API（第 3 版) ，而她的姊妹進程間通訊我連塑封膜都沒拆開。的確，這套最先來自 BSD 的 API 很讓人頭疼。雖然她們依然是跨平臺程序的最佳選擇，可是我想應該沒有哪一個小夥伴在項目中會有勇氣從這些 API 開始構築，至少是 CFNetwork 或者 NSNetwork 中的現成接口。更通常性的是選一些面向對象的第三方庫，好比老牌的 CocoaAsyncSocket。固然做爲 Swift 老法師我也會推薦你看看 IBM 出品的 BlueSocket。swift

Socket 編程有不少須要解決的問題，最重要的 3 個大問題，以及更多的細節問題：安全

創建鏈接
數據傳輸
鏈接的變更

當前，URLSession 底層就是使用 Network.framework 完成基礎鏈接的。特意查了一下，相關私有 API 是從 iOS 9 開始存在的。markdown

在將來，Apple 但願你可以將原來的 Socket API 所有替換爲全新的 Network.framework。（iOS 又有人要了！）網絡

Network.framework 的特色

智能創建鏈接
經優化的數據傳輸
內建的安全加密
無縫兼容移動網絡
原生 Swift 支持🔥🔥🔥

開始你的第一次鏈接

Socket 主要使用的三種場景：遊戲聯機、流式視頻傳輸、在線聊天。閉包

使用傳統 Socket 創建鏈接

使用 getaddrinfo() 查詢 DNS
使用正確的地址族去調用 socket()
使用 setsockopt() 設置 socket 選項
調用 connect() 開始 TCP 鏈接
等待直到一個可寫入的事件回調

使用 Network.framework 創建鏈接

使用 NWEndPoint 與 NWParameters 建立鏈接
調用 connection.start()
等待鏈接進入 .ready 的狀態

對就是這麼簡單，徹底的原生 Swift 支持，又面向對象，又支持閉包。這樣的接口，你不心動麼？

鏈接的生命週期

在鏈接設置完畢之後，就會進入準備狀態。而針對移動設備複雜的網絡狀態，你須要更加智能的創建鏈接。app

而使用 Network.framework ，你能夠十分簡單的對網絡路徑進行配置，好比下面的例子中，指定了僅使用蜂窩網絡、使用 IPv6 協議、與禁止代理。都僅是一行命令就完成了。特別當你須要爲特定鏈接指定鏈接方式時，這個框架能極大提升你的效率。框架

在準備完畢之後，鏈接可能進入等待、就緒或失敗狀態。固然在你取消鏈接時也會進入取消狀態。socket

案例：流式視頻傳輸

該案例使用 UDP 進行視頻的實時傳輸，出於簡化考慮，並未對視頻幀作任何編碼，直接把裸數據封包，並經過 UDP 傳輸。在接收端，解包數據並從新封裝爲視頻幀，直接進行播放。案例中也使用了 Bonjour 服務來進行快速設備配對鏈接。tcp

在監聽端的代碼異常簡單，甚至連 Bonjour 服務也已經整合好了。你要作的僅僅是指定 .udp 並指定正確的 Bonjour 服務名稱。

最佳的數據傳輸方式

數據的發送與接收

單幀發送

// Send a single frame
func sendFrame(_ connection: NWConnection, frame: Data) {
    // The .contentProcessed completion provides sender-side back-pressure
    connection.send(content: frame, completion: .contentProcessed { (sendError) in
        if let sendError = sendError {
            // Handle error in sending
        } else {
            // Send has been processed, send the next frame
            let nextFrame = generateNextFrame()
            sendFrame(connection, frame: nextFrame)
        }
    })
}
複製代碼

使用 batch 發送多個數據報

// Hint that multiple datagrams should be sent as one batch
connection.batch {
    for datagram in datagramArray {
        connection.send(content: datagramArray, completion: .contentProcessed { (error) in
            // Handle error in sending
        }
    })
}
複製代碼

在接收時，提供了方便的方法來讀取消息頭

// Read one header from the connection
func readHeader(connection: NWConnection) {
    // Read exactly the length of the header
    let headerLength: Int = 10
    connection.receive(minimumIncompleteLength: headerLength, maximumLength: headerLength) { (content, contentContext, isComplete, error) in
        if let error = error {
            // Handle error in reading
        } else {
         // Parse out body length
        readBody(connection, bodyLength: bodyLength)
        }
    }
}
// Follow the same pattern as readHeader() to read exactly the body length
func readBody(_ connection: NWConnection, bodyLength: Int) { ... }
複製代碼

高級選項

顯式擁塞通知(Explicit Congestion Notification)

在全部 TCP 鏈接中 ECN 是默認開啓的。

在 UDP 鏈接中爲每一個數據包標記 ECN 的方法：

let ipMetadata = NWProtocolIP.Metadata() 
ipMetadata.ecn = .ect0
let context = NWConnection.ContentContext(identifier: "ECN", metadata: [ ipMetadata ])
connection.send(content: datagram, contentContext: context, completion: .contentProcessed{..})
複製代碼

服務等級（網絡隊列優先級）

爲整個鏈接更改服務等級

let parameters = NWParameters.tls 
parameters.serviceClass = .background
複製代碼

爲每一個 UDP 數據包更改服務等級

let ipMetadata = NWProtocolIP.Metadata() 
ipMetadata.serviceClass = .signaling
let context = NWConnection.ContentContext(identifier: "Signaling", metadata: [ ipMetadata ])
connection.send(content: datagram, contentContext: context, completion: .contentProcessed{..})
複製代碼

快速鏈接（Fast Open Connections）

容許在鏈接上快速打開須要發送冪等數據

parameters.allowFastOpen = true
let connection = NWConnection(to: endpoint, using: parameters)
connection.send(content: initialData, completion: .idempotent) 
connection.start(queue: myQueue)
複製代碼

能夠手動啓用 TCP Fast Open 以經過 TFO 運行 TLS

let tcpOptions = NWProtocolTCP.Options() 
tcpOptions.enableFastOpen = true
複製代碼

容許失效的 DNS 查詢結果

主動使用失效的 DNS 查詢結果

parameters.expiredDNSBehavior = .allow
let connection = NWConnection(to: endpoint, using: parameters)
connection.start(queue: myQueue)
複製代碼

新的 DNS 查詢會同步進行

處理網絡鏈接的變更

開始鏈接

.waiting 狀態暗示鏈接還未創建
避免在網絡鏈接開始前檢查可用性
在須要時在 NWParameters 限制鏈接類型

處理網絡鏈接狀態的變化

主要是兩個狀態，一個是 isViable 當前鏈接是否可用，一個是 betterPathAvailable 是否有更佳的鏈接路徑。她們也都提供了相應的閉包來處理

// Handle connection viability
connection.viabilityUpdateHandler = { (isViable) in
    if (!isViable) {
        // Handle connection temporarily losing connectivity
    } else {
        // Handle connection return to connectivity
    }
}

// Handle better paths
connection.betterPathUpdateHandler = { (betterPathAvailable) in
    if (betterPathAvailable) {
        // Start a new connection if migration is possible
    } else {
        // Stop any attempts to migrate
    }
}
複製代碼

開始實踐

應避免的作法

不該繼續使用的接口

CoreFoundation 中 CFStream 綁定的相關方法及 CFSocket

Foundation 中與 NSStream 綁定、NSNetService 監聽、NSSocketPort 以及 SystemConfiguration 中的 SCNetworkReachability。