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Objective-C网络编程基础与NSURLSession实战

2023-12-181.8k 阅读

1. Objective - C网络编程基础

1.1 网络编程概述

在当今移动应用和互联网高度发展的时代，网络编程是开发中不可或缺的一部分。Objective - C作为苹果开发生态中重要的编程语言，其网络编程能力至关重要。网络编程在Objective - C中主要涉及与服务器进行数据交互，获取数据、上传数据等操作，以便为用户提供丰富的在线功能，比如加载图片、获取新闻资讯、上传用户信息等。

1.2 URL基础知识

URL（Uniform Resource Locator），统一资源定位符，是网络编程中用于定位资源的关键概念。在Objective - C网络编程里，我们通过URL来指定要访问的服务器地址以及资源路径。一个完整的URL通常包含协议（如http、https）、主机名（如www.example.com）、端口号（默认http为80，https为443，可省略）、路径（如 /index.html）和查询参数（如?param1 = value1&param2 = value2）等部分。例如：https://www.apple.com/news/?category = technology，其中https是协议，www.apple.com是主机名，/news/是路径，?category = technology是查询参数。

1.3 HTTP协议

HTTP（Hyper - Text Transfer Protocol），超文本传输协议，是Objective - C网络编程中最常用的协议。它基于请求 - 响应模型。客户端（如iOS应用）向服务器发送HTTP请求，服务器接收到请求后进行处理，并返回HTTP响应。

  • HTTP请求：包含请求行（如GET /index.html HTTP/1.1，其中GET是请求方法，/index.html是请求资源路径，HTTP/1.1是协议版本）、请求头（如Content - Type: application/json用于指定发送的数据类型）和请求体（对于GET请求，请求体通常为空；POST请求可在请求体中发送数据）。常见的HTTP请求方法有GET、POST、PUT、DELETE等。GET方法通常用于获取资源，数据会附加在URL的查询参数中；POST方法用于提交数据，数据放在请求体中，相对更安全且可传输大量数据。
  • HTTP响应：由状态行（如HTTP/1.1 200 OK，200是状态码，表示请求成功，OK是状态描述）、响应头（如Content - Length: 1024表示响应数据的长度）和响应体（包含请求资源的数据，如HTML页面内容、JSON数据等）组成。常见的HTTP状态码有200（成功）、404（未找到资源）、500（服务器内部错误）等。

2. NSURLSession简介

2.1 NSURLSession是什么

NSURLSession是iOS 7.0引入的用于网络请求的类，它替代了之前的NSURLConnection。NSURLSession提供了更灵活、高效且易于使用的网络编程接口，支持数据任务（用于获取数据）、上传任务（用于上传文件等数据）和下载任务（用于下载文件）。它基于任务（NSURLSessionTask）的概念，每个网络请求都可以看作是一个任务，方便管理和控制。

2.2 NSURLSession的优势

  • 高效的网络请求：NSURLSession在网络请求方面进行了优化，能够更有效地利用网络资源，提高请求速度。例如，它支持HTTP/2协议，相比HTTP/1.1在性能上有显著提升，如多路复用、头部压缩等特性可以减少请求的延迟。
  • 灵活的任务管理：可以轻松创建、暂停、恢复和取消任务。比如在一个应用中有多个图片下载任务，使用NSURLSession可以方便地对每个下载任务进行单独控制，当用户切换页面时，可以暂停不必要的下载任务，节省网络流量和系统资源。
  • 后台任务支持：支持在后台执行网络任务，即使应用进入后台，任务依然可以继续执行。这对于一些需要长时间运行的网络操作，如下载大文件或者上传大量数据非常有用，不会因为应用进入后台而中断任务。

2.3 NSURLSession的组成部分

  • NSURLSessionConfiguration：用于配置NSURLSession的行为。它有三种类型：defaultSessionConfiguration（默认配置，适用于大多数应用场景，使用应用的缓存策略和证书验证等）、ephemeralSessionConfiguration（临时配置，不会持久化任何数据，包括缓存、证书等，适用于对隐私要求较高的场景）和backgroundSessionConfigurationWithIdentifier:（后台配置，用于创建可以在后台运行的NSURLSession）。例如，我们可以通过以下方式创建一个带有自定义超时时间的默认配置：
NSURLSessionConfiguration *configuration = [NSURLSessionConfiguration defaultSessionConfiguration];
configuration.timeoutIntervalForRequest = 15; // 设置请求超时时间为15秒
  • NSURLSession：根据配置创建的会话对象，负责管理网络请求任务。可以通过NSURLSession的类方法创建不同类型的会话，如+ (NSURLSession *)sessionWithConfiguration:(NSURLSessionConfiguration *)configuration。
  • NSURLSessionTask：代表一个网络请求任务，是NSURLSession实际执行网络操作的单元。它有三个子类：NSURLSessionDataTask（用于获取数据，如获取JSON数据、XML数据等）、NSURLSessionUploadTask（用于上传数据，如上传图片、文件等）和NSURLSessionDownloadTask（用于下载文件）。

3. NSURLSession实战 - 数据任务

3.1 创建数据任务

数据任务是最常用的NSURLSession任务之一，用于从服务器获取数据。创建数据任务的步骤如下：

  1. 创建NSURL对象，指定请求的URL。
  2. 创建NSMutableURLRequest对象（或使用NSURLRequest，若请求无需动态修改），设置请求方法、请求头和请求体等。
  3. 通过NSURLSession的dataTaskWithRequest:方法创建数据任务。

以下是一个简单的示例，通过GET请求获取一个JSON数据：

NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"https://api.example.com/data"];
NSMutableURLRequest *request = [NSMutableURLRequest requestWithURL:url];
request.HTTPMethod = @"GET";

NSURLSession *session = [NSURLSession sharedSession];
NSURLSessionDataTask *dataTask = [session dataTaskWithRequest:request completionHandler:^(NSData * _Nullable data, NSURLResponse * _Nullable response, NSError * _Nullable error) {
    if (error) {
        NSLog(@"请求错误: %@", error);
    } else {
        if ([response isKindOfClass:[NSHTTPURLResponse class]]) {
            NSHTTPURLResponse *httpResponse = (NSHTTPURLResponse *)response;
            if (httpResponse.statusCode == 200) {
                NSError *jsonError;
                id jsonObject = [NSJSONSerialization JSONObjectWithData:data options:NSJSONReadingMutableContainers error:&jsonError];
                if (!jsonError) {
                    NSLog(@"获取到的JSON数据: %@", jsonObject);
                } else {
                    NSLog(@"解析JSON数据错误: %@", jsonError);
                }
            } else {
                NSLog(@"HTTP状态码错误: %ld", (long)httpResponse.statusCode);
            }
        }
    }
}];
[dataTask resume];

在上述代码中，首先创建了请求的URL和请求对象，设置请求方法为GET。然后通过[NSURLSession sharedSession]获取一个共享的NSURLSession实例（共享会话适用于大多数应用场景，它会复用网络连接等资源），并使用该会话创建数据任务。数据任务的completionHandler是在任务完成时回调的块，其中data是服务器返回的数据，response是服务器的响应，error如果请求过程中发生错误则会包含错误信息。我们在回调中对错误进行处理，并解析返回的JSON数据。

3.2 处理POST请求

POST请求通常用于向服务器提交数据，例如用户登录信息、评论内容等。与GET请求不同，POST请求的数据放在请求体中。以下是一个POST请求示例，向服务器提交用户登录信息：

NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"https://api.example.com/login"];
NSMutableURLRequest *request = [NSMutableURLRequest requestWithURL:url];
request.HTTPMethod = @"POST";
request.allHTTPHeaderFields = @{@"Content - Type": @"application/json"};

NSDictionary *parameters = @{@"username": @"user123", @"password": @"password123"};
NSError *error;
NSData *jsonData = [NSJSONSerialization dataWithJSONObject:parameters options:NSJSONWritingPrettyPrinted error:&error];
if (error) {
    NSLog(@"创建JSON数据错误: %@", error);
    return;
}
request.HTTPBody = jsonData;

NSURLSession *session = [NSURLSession sharedSession];
NSURLSessionDataTask *dataTask = [session dataTaskWithRequest:request completionHandler:^(NSData * _Nullable data, NSURLResponse * _Nullable response, NSError * _Nullable error) {
    if (error) {
        NSLog(@"请求错误: %@", error);
    } else {
        if ([response isKindOfClass:[NSHTTPURLResponse class]]) {
            NSHTTPURLResponse *httpResponse = (NSHTTPURLResponse *)response;
            if (httpResponse.statusCode == 200) {
                NSString *responseString = [[NSString alloc] initWithData:data encoding:NSUTF8StringEncoding];
                NSLog(@"登录响应: %@", responseString);
            } else {
                NSLog(@"HTTP状态码错误: %ld", (long)httpResponse.statusCode);
            }
        }
    }
}];
[dataTask resume];

在这个示例中，首先设置请求方法为POST，并设置Content - Type为application/json，表示提交的数据是JSON格式。然后将用户登录信息（用户名和密码）转换为JSON数据，并设置为请求体。最后创建数据任务并处理响应，这里假设服务器返回的是一个简单的字符串表示登录结果。

4. NSURLSession实战 - 上传任务

4.1 上传文件

上传任务可以用于上传文件，如图片、文档等。以下是一个上传图片的示例：

NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"https://api.example.com/upload"];
NSMutableURLRequest *request = [NSMutableURLRequest requestWithURL:url];
request.HTTPMethod = @"POST";

NSString *boundary = @"Boundary - string - 1234567890";
NSString *contentType = [NSString stringWithFormat:@"multipart/form - data; boundary=%@", boundary];
request.allHTTPHeaderFields = @{@"Content - Type": contentType};

UIImage *image = [UIImage imageNamed:@"example.jpg"];
NSData *imageData = UIImageJPEGRepresentation(image, 0.8);

NSMutableData *body = [NSMutableData data];
[body appendData:[[NSString stringWithFormat:@"--%@\r\n", boundary] dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding]];
[body appendData:[[NSString stringWithFormat:@"Content - Disposition: form - data; name=\"file\"; filename=\"example.jpg\"\r\n"] dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding]];
[body appendData:[[NSString stringWithFormat:@"Content - Type: image/jpeg\r\n\r\n"] dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding]];
[body appendData:imageData];
[body appendData:[[NSString stringWithFormat:@"\r\n--%@--\r\n", boundary] dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding]];

request.HTTPBody = body;

NSURLSession *session = [NSURLSession sharedSession];
NSURLSessionUploadTask *uploadTask = [session uploadTaskWithRequest:request fromData:body completionHandler:^(NSData * _Nullable data, NSURLResponse * _Nullable response, NSError * _Nullable error) {
    if (error) {
        NSLog(@"上传错误: %@", error);
    } else {
        if ([response isKindOfClass:[NSHTTPURLResponse class]]) {
            NSHTTPURLResponse *httpResponse = (NSHTTPURLResponse *)response;
            if (httpResponse.statusCode == 200) {
                NSString *responseString = [[NSString alloc] initWithData:data encoding:NSUTF8StringEncoding];
                NSLog(@"上传成功响应: %@", responseString);
            } else {
                NSLog(@"HTTP状态码错误: %ld", (long)httpResponse.statusCode);
            }
        }
    }
}];
[uploadTask resume];

在这个示例中，我们创建了一个multipart/form - data格式的请求，这种格式常用于上传文件。首先设置请求头，包括Content - Type，并生成一个边界字符串（boundary）用于分隔请求体中的不同部分。然后将图片数据转换为NSData，并按照multipart/form - data的格式组装请求体，包括文件名、文件类型等信息。最后创建上传任务并处理响应。

4.2 上传进度监控

有时我们需要监控上传的进度，以便给用户提供反馈。NSURLSessionUploadTask提供了一个代理方法来实现这一功能。首先，我们需要设置NSURLSession的代理：

NSURLSessionConfiguration *configuration = [NSURLSessionConfiguration defaultSessionConfiguration];
NSURLSession *session = [NSURLSession sessionWithConfiguration:configuration delegate:self delegateQueue:nil];

这里将当前类设置为代理，并需要实现NSURLSessionTaskDelegate协议中的URLSession:task:didSendBodyData:totalBytesSent:totalBytesExpectedToSend:方法：

- (void)URLSession:(NSURLSession *)session task:(NSURLSessionTask *)task didSendBodyData:(int64_t)bytesSent totalBytesSent:(int64_t)totalBytesSent totalBytesExpectedToSend:(int64_t)totalBytesExpectedToSend {
    float progress = (float)totalBytesSent / (float)totalBytesExpectedToSend;
    NSLog(@"上传进度: %.2f%%", progress * 100);
}

在这个方法中，通过已发送的字节数和总字节数计算上传进度，并打印出来。这样就可以实时监控上传的进度情况。

5. NSURLSession实战 - 下载任务

5.1 简单文件下载

下载任务用于从服务器下载文件，如图片、视频、文档等。以下是一个简单的文件下载示例：

NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"https://example.com/download/file.zip"];
NSMutableURLRequest *request = [NSMutableURLRequest requestWithURL:url];

NSURLSession *session = [NSURLSession sharedSession];
NSURLSessionDownloadTask *downloadTask = [session downloadTaskWithRequest:request completionHandler:^(NSURL * _Nullable location, NSURLResponse * _Nullable response, NSError * _Nullable error) {
    if (error) {
        NSLog(@"下载错误: %@", error);
    } else {
        NSFileManager *fileManager = [NSFileManager defaultManager];
        NSURL *documentsDirectoryURL = [[fileManager URLsForDirectory:NSDocumentDirectory inDomains:NSUserDomainMask] firstObject];
        NSURL *destinationURL = [documentsDirectoryURL URLByAppendingPathComponent:response.suggestedFilename];
        NSError *moveError;
        [fileManager moveItemAtURL:location toURL:destinationURL error:&moveError];
        if (moveError) {
            NSLog(@"移动文件错误: %@", moveError);
        } else {
            NSLog(@"文件下载成功，保存路径: %@", destinationURL);
        }
    }
}];
[downloadTask resume];

在这个示例中，首先创建下载请求的URL和请求对象。然后通过共享会话创建下载任务。下载任务完成后，completionHandler中的location是下载文件在临时目录的URL，我们需要将其移动到应用的文档目录（这里通过NSFileManager获取文档目录URL，并使用response.suggestedFilename获取服务器建议的文件名）。如果移动文件成功，则表示下载成功并打印保存路径。

5.2 下载进度监控

与上传任务类似，下载任务也可以监控进度。同样需要设置NSURLSession的代理，并实现NSURLSessionDownloadDelegate协议中的URLSession:downloadTask:didWriteData:totalBytesWritten:totalBytesExpectedToWrite:方法：

- (void)URLSession:(NSURLSession *)session downloadTask:(NSURLSessionDownloadTask *)downloadTask didWriteData:(int64_t)bytesWritten totalBytesWritten:(int64_t)totalBytesWritten totalBytesExpectedToWrite:(int64_t)totalBytesExpectedToWrite {
    float progress = (float)totalBytesWritten / (float)totalBytesExpectedToWrite;
    NSLog(@"下载进度: %.2f%%", progress * 100);
}

在这个方法中，通过已写入的字节数和总字节数计算下载进度，并打印出来，从而实现对下载进度的实时监控。

6. 处理HTTPS请求

6.1 信任服务器证书

在Objective - C网络编程中，处理HTTPS请求时，需要确保与服务器之间的连接是安全的。这涉及到服务器证书的验证。默认情况下，NSURLSession会自动验证服务器的证书是否有效。但在某些情况下，如开发环境中使用自签名证书时，需要手动处理证书信任。

首先，设置NSURLSession的代理，并实现NSURLSessionDelegate协议中的URLSession:didReceiveChallenge:completionHandler:方法：

- (void)URLSession:(NSURLSession *)session didReceiveChallenge:(NSURLAuthenticationChallenge *)challenge completionHandler:(void (^)(NSURLSessionAuthChallengeDisposition disposition, NSURLCredential * _Nullable credential))completionHandler {
    if ([challenge.protectionSpace.authenticationMethod isEqualToString:NSURLAuthenticationMethodServerTrust]) {
        SecTrustRef serverTrust = challenge.protectionSpace.serverTrust;
        NSURLCredential *credential = [NSURLCredential credentialForTrust:serverTrust];
        completionHandler(NSURLSessionAuthChallengeUseCredential, credential);
    }
}

在这个方法中，当接收到证书验证挑战时，首先判断挑战的认证方法是否为NSURLAuthenticationMethodServerTrust，如果是，则创建一个基于服务器信任的证书凭证，并使用NSURLSessionAuthChallengeUseCredential disposition来告诉系统使用该凭证继续请求。

6.2 自定义证书验证

除了简单地信任服务器证书，还可以进行更严格的自定义证书验证。例如，验证证书的颁发机构、证书的有效期等。以下是一个简单的自定义证书验证示例：

- (void)URLSession:(NSURLSession *)session didReceiveChallenge:(NSURLAuthenticationChallenge *)challenge completionHandler:(void (^)(NSURLSessionAuthChallengeDisposition disposition, NSURLCredential * _Nullable credential))completionHandler {
    if ([challenge.protectionSpace.authenticationMethod isEqualToString:NSURLAuthenticationMethodServerTrust]) {
        SecTrustRef serverTrust = challenge.protectionSpace.serverTrust;
        SecPolicyRef policy = SecPolicyCreateBasicX509();
        SecTrustSetPolicy(serverTrust, policy);
        CFRelease(policy);

        NSArray *certificates = challenge.protectionSpace.serverTrust.certificates;
        NSData *serverCertData = CFBridgingRelease(SecCertificateCopyData((__bridge SecCertificateRef)(certificates[0])));

        // 这里可以添加更多自定义验证逻辑，如验证证书有效期等
        BOOL isValid = [self validateServerCertificate:serverCertData];

        if (isValid) {
            NSURLCredential *credential = [NSURLCredential credentialForTrust:serverTrust];
            completionHandler(NSURLSessionAuthChallengeUseCredential, credential);
        } else {
            completionHandler(NSURLSessionAuthChallengeCancelAuthenticationChallenge, nil);
        }
    }
}

- (BOOL)validateServerCertificate:(NSData *)serverCertData {
    // 简单示例，这里可以实现更复杂的验证逻辑
    // 例如，验证证书的颁发机构是否为可信机构
    return YES;
}

在这个示例中，首先创建一个基本的X509证书策略，并设置到服务器信任对象上。然后获取服务器证书的数据，并在validateServerCertificate:方法中进行自定义验证逻辑。如果验证通过，则创建证书凭证并继续请求；否则，取消认证挑战。

7. 网络缓存策略

7.1 NSURLRequest的缓存策略

NSURLRequest提供了多种缓存策略，可以通过设置cachePolicy属性来指定。常见的缓存策略有：

  • NSURLRequestUseProtocolCachePolicy：使用协议默认的缓存策略。对于HTTP协议，它会根据服务器返回的Cache - Control和Expires头信息来决定是否使用缓存。
  • NSURLRequestReloadIgnoringLocalCacheData：忽略本地缓存数据，每次都从服务器重新获取数据。适用于数据更新频繁且需要实时获取最新数据的场景，如股票行情数据。
  • NSURLRequestReturnCacheDataElseLoad：先尝试从本地缓存获取数据，如果缓存不存在，则从服务器加载。适用于对数据实时性要求不高的场景，如一些不经常更新的新闻资讯。
  • NSURLRequestReturnCacheDataDontLoad：只从本地缓存获取数据，如果缓存不存在，则不进行网络请求，直接返回错误。适用于应用在离线状态下仍希望显示一些缓存数据的场景。

以下是设置缓存策略的示例：

NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"https://api.example.com/data"];
NSMutableURLRequest *request = [NSMutableURLRequest requestWithURL:url];
request.cachePolicy = NSURLRequestReturnCacheDataElseLoad;

在这个示例中，设置请求的缓存策略为NSURLRequestReturnCacheDataElseLoad，即先尝试从本地缓存获取数据，如果没有则从服务器加载。

7.2 NSURLCache的使用

NSURLCache是管理网络缓存的类。可以通过它来设置全局的缓存策略、缓存大小等。例如，设置全局的缓存大小为10MB：

NSURLCache *sharedCache = [[NSURLCache alloc] initWithMemoryCapacity:10 * 1024 * 1024 diskCapacity:10 * 1024 * 1024 diskPath:nil];
[NSURLCache setSharedURLCache:sharedCache];

这里创建了一个内存缓存和磁盘缓存都为10MB的NSURLCache实例，并设置为全局共享缓存。这样，所有使用默认配置的NSURLSession请求都会受到这个缓存设置的影响。同时，也可以通过NSURLCache的方法来清除缓存数据，如removeAllCachedResponses方法可以清除所有缓存响应：

[[NSURLCache sharedURLCache] removeAllCachedResponses];

这在某些情况下非常有用，比如当用户手动刷新数据或者应用更新后，希望清除旧的缓存数据以获取最新内容。

8. 错误处理

8.1 常见网络错误类型

在网络编程中，会遇到各种错误。常见的网络错误类型有：

  • 网络连接错误：如网络不可用、WiFi未连接、蜂窝数据未开启等。这种情况下，NSError的domain通常为NSURLErrorDomain，code可能为NSURLErrorNotConnectedToInternet（表示未连接到互联网）。
  • 请求超时错误：当请求在规定的时间内没有得到服务器响应时，会发生请求超时错误。NSError的domain为NSURLErrorDomain，code可能为NSURLErrorTimedOut。
  • 服务器错误：服务器返回的HTTP状态码表示服务器内部错误，如500（服务器内部错误）、502（错误网关）等。这种情况下，虽然请求成功发送到服务器，但服务器处理过程中出现问题。
  • 解析错误：当服务器返回的数据格式不符合预期，导致解析失败时，会发生解析错误。例如，期望返回JSON数据，但实际返回的数据格式不正确，无法使用NSJSONSerialization进行解析。

8.2 错误处理策略

在Objective - C网络编程中，处理错误非常重要。对于不同类型的错误，应采取不同的处理策略：

  • 网络连接错误：可以提示用户检查网络连接，如显示一个提示框告知用户“请检查网络连接”，并提供跳转到系统网络设置页面的按钮。
  • 请求超时错误：可以提示用户请求超时，建议用户重试。同时，可以在代码中实现自动重试机制，例如设置一个重试次数，当发生超时错误时，自动重新发起请求，直到达到最大重试次数或者请求成功。
  • 服务器错误：可以根据具体的HTTP状态码给用户提供相应的提示。如500错误可以提示“服务器出现问题，请稍后重试”，502错误可以提示“服务器网关错误，请稍后重试”。
  • 解析错误：可以提示用户服务器返回的数据格式不正确，同时记录错误日志，以便开发人员进行调试。例如，使用NSLog记录解析错误信息，包括错误描述和可能导致错误的数据片段。

以下是一个在数据任务中处理错误的示例：

NSURLSessionDataTask *dataTask = [session dataTaskWithRequest:request completionHandler:^(NSData * _Nullable data, NSURLResponse * _Nullable response, NSError * _Nullable error) {
    if (error) {
        if (error.domain == NSURLErrorDomain) {
            switch (error.code) {
                case NSURLErrorNotConnectedToInternet:
                    NSLog(@"网络未连接，请检查网络设置");
                    break;
                case NSURLErrorTimedOut:
                    NSLog(@"请求超时，是否重试?");
                    // 这里可以添加自动重试逻辑
                    break;
                default:
                    NSLog(@"其他网络错误: %@", error);
                    break;
            }
        } else {
            NSLog(@"其他错误: %@", error);
        }
    } else {
        // 处理成功响应
    }
}];
[dataTask resume];

在这个示例中，当发生错误时，首先判断错误的domain是否为NSURLErrorDomain，如果是，则根据不同的code进行相应的处理和提示。这样可以更友好地向用户反馈错误信息，并根据错误类型采取合适的应对措施。