在码农港湾
做一个实实在在的内行人

对象之间的通讯

对象之间需要通信,这也是所有软件的基础。再非凡的软件也需要通过对象通信来完成复杂的目标。本章将深入讨论一些设计概念,以及如何依据这些概念来设计出良好的架构。

Blocks

Blocks 是 Objective-C 版本的 lambda 或者 closure(闭包)。

使用 block 定义异步接口:

- (void)downloadObjectsAtPath:(NSString *)path
                   completion:(void(^)(NSArray *objects, NSError *error))completion;

当你定义一个类似上面的接口的时候,尽量使用一个单独的 block 作为接口的最后一个参数。把需要提供的数据和错误信息整合到一个单独 block 中,比分别提供成功和失败的 block 要好。

以下是你应该这样做的原因:

  • 通常这成功处理和失败处理会共享一些代码(比如让一个进度条或者提示消失);
  • Apple 也是这样做的,与平台一致能够带来一些潜在的好处;
  • block 通常会有多行代码,如果不是在最后一个参数的话会打破调用点;
  • 使用多个 block 作为参数可能会让调用看起来显得很笨拙,并且增加了复杂性。

看上面的方法,完成处理的 block 的参数很常见:第一个参数是调用者希望获取的数据,第二个是错误相关的信息。这里需要遵循以下两点:

  • objects 不为 nil,则 error 必须为 nil
  • objects 为 nil,则 error 必须不为 nil

因为调用者更关心的是实际的数据,就像这样:

- (void)downloadObjectsAtPath:(NSString *)path
                   completion:(void(^)(NSArray *objects, NSError *error))completion {
    if (objects) {
        // do something with the data
    }
    else {
        // some error occurred, 'error' variable should not be nil by contract
    }
}

此外,Apple 提供的一些同步接口在成功状态下向 error 参数(如果非 NULL) 写入了垃圾值,所以检查 error 的值可能出现问题。

深入 Blocks

一些关键点:

  • block 是在栈上创建的
  • block 可以复制到堆上
  • block 有自己的私有的栈变量(以及指针)的常量复制
  • 可变的栈上的变量和指针必须用 __block 关键字声明

如果 block 没有在其他地方被保持,那么它会随着栈生存并且当栈帧(stack frame)返回的时候消失。当在栈上的时候,一个 block 对访问的任何内容不会有影响。如果 block 需要在栈帧返回的时候存在,它们需要明确地被复制到堆上,这样,block 会像其他 Cocoa 对象一样增加引用计数。当它们被复制的时候,它会带着它们的捕获作用域一起,retain 他们所有引用的对象。如果一个 block指向一个栈变量或者指针,那么这个block初始化的时候它会有一份声明为 const 的副本,所以对它们赋值是没用的。当一个 block 被复制后,__block 声明的栈变量的引用被复制到了堆里,复制之后栈上的以及产生的堆上的 block 都会引用这个堆上的变量。

用 LLDB 来展示 block 是这样子的:

最重要的事情是 __block 声明的变量和指针在 block 里面是作为显示操作真实值/对象的结构来对待的。

block 在 Objective-C 里面被当作一等公民对待:他们有一个 isa 指针,一个类也是用 isa 指针来访问 Objective-C 运行时来访问方法和存储数据的。在非 ARC 环境肯定会把它搞得很糟糕,并且悬挂指针会导致 Crash。__block 仅仅对 block 内的变量起作用,它只是简单地告诉 block:

嗨,这个指针或者原始的类型依赖它们在的栈。请用一个栈上的新变量来引用它。我是说,请对它进行双重解引用,不要 retain 它。 谢谢,哥们。

如果在定义之后但是 block 没有被调用前,对象被释放了,那么 block 的执行会导致 Crash。 __block 变量不会在 block 中被持有,最后… 指针、引用、解引用以及引用计数变得一团糟。

self 的循环引用

当使用代码块和异步分发的时候,要注意避免引用循环。 总是使用 weak 引用会导致引用循环。 此外,把持有 blocks 的属性设置为 nil (比如 self.completionBlock = nil) 是一个好的实践。它会打破 blocks 捕获的作用域带来的引用循环。

例子:

__weak __typeof(self) weakSelf = self;
[self executeBlock:^(NSData *data, NSError *error) {
    [weakSelf doSomethingWithData:data];
}];

不要这样做:

[self executeBlock:^(NSData *data, NSError *error) {
    [self doSomethingWithData:data];
}];

多个语句的例子:

__weak __typeof(self)weakSelf = self;
[self executeBlock:^(NSData *data, NSError *error) {
    __strong __typeof(weakSelf) strongSelf = weakSelf;
    if (strongSelf) {
        [strongSelf doSomethingWithData:data];
        [strongSelf doSomethingWithData:data];
    }
}];

不要这样做:

__weak __typeof(self)weakSelf = self;
[self executeBlock:^(NSData *data, NSError *error) {
    [weakSelf doSomethingWithData:data];
    [weakSelf doSomethingWithData:data];
}];

你应该把这两行代码作为 snippet 加到 Xcode 里面并且总是这样使用它们。

__weak __typeof(self)weakSelf = self;
__strong __typeof(weakSelf)strongSelf = weakSelf;

这里我们来讨论下 block 里面的 self 的 __weak__strong 限定词的一些微妙的地方。简而言之,我们可以参考 self 在 block 里面的三种不同情况。

  1. 直接在 block 里面使用关键词 self
  2. 在 block 外定义一个 __weak 的 引用到 self,并且在 block 里面使用这个弱引用
  3. 在 block 外定义一个 __weak 的 引用到 self,并在在 block 内部通过这个弱引用定义一个 __strong 的引用。

1. 直接在 block 里面使用关键词 self

如果我们直接在 block 里面用 self 关键字,对象会在 block 的定义时候被 retain,(实际上 block 是 copied但是为了简单我们可以忽略这个)。一个 const 的对 self 的引用在 block 里面有自己的位置并且它会影响对象的引用计数。如果 block 被其他 class 或者/并且传送过去了,我们可能想要 retain self 就像其他被 block 使用的对象,从他们需要被block执行

dispatch_block_t completionBlock = ^{
    NSLog(@"%@", self);
}

MyViewController *myController = [[MyViewController alloc] init...];
[self presentViewController:myController
                   animated:YES
                 completion:completionHandler];

不是很麻烦的事情。但是, 当 block 被 self 在一个属性 retain(就像下面的例子)呢

self.completionHandler = ^{
    NSLog(@"%@", self);
}

MyViewController *myController = [[MyViewController alloc] init...];
[self presentViewController:myController
                   animated:YES
                 completion:self.completionHandler];

这就是有名的 retain cycle, 并且我们通常应该避免它。这种情况下我们收到 CLANG 的警告:

Capturing 'self' strongly in this block is likely to lead to a retain cycle (在 block 里面发现了 `self` 的强引用,可能会导致循环引用)

所以可以用 weak 修饰

2. 在 block 外定义一个 __weak 的 引用到 self,并且在 block 里面使用这个弱引用

这样会避免循环引用,也是我们通常在 block 已经被 self 的 property 属性里面 retain 的时候会做的。

__weak typeof(self) weakSelf = self;
self.completionHandler = ^{
    NSLog(@"%@", weakSelf);
};

MyViewController *myController = [[MyViewController alloc] init...];
[self presentViewController:myController
                   animated:YES
                 completion:self.completionHandler];

这个情况下 block 没有 retain 对象并且对象在属性里面 retain 了 block 。所以这样我们能保证了安全的访问 self。 不过糟糕的是,它可能被设置成 nil 的。问题是:如果和让 self 在 block 里面安全地被销毁。

举个例子, block 被一个对象复制到了另外一个(比如 myControler)作为属性赋值的结果。之前的对象在可能在被复制的 block 有机会执行被销毁。

下面的更有意思。

3. 在 block 外定义一个 __weak 的 引用到 self,并在在 block 内部通过这个弱引用定义一个 __strong的引用

你可能会想,首先,这是避免 retain cycle 警告的一个技巧。然而不是,这个到 self 的强引用在 block 的执行时间 被创建。当 block 在定义的时候, block 如果使用 self 的时候,就会 retain 了 self 对象。

Apple 文档 中表示 “为了 non-trivial cycles ,你应该这样” :

MyViewController *myController = [[MyViewController alloc] init...];
// ...
MyViewController * __weak weakMyController = myController;
myController.completionHandler =  ^(NSInteger result) {
    MyViewController *strongMyController = weakMyController;
    if (strongMyController) {
        // ...
        [strongMyController dismissViewControllerAnimated:YES completion:nil];
        // ...
    }
    else {
        // Probably nothing...
    }
};

首先,我觉得这个例子看起来是错误的。如果 block 本身被 completionHandler 属性里面 retain 了,那么 self 如何被 delloc 和在 block 之外赋值为 nil 呢? completionHandler 属性可以被声明为 assign 或者 unsafe_unretained 的,来允许对象在 block 被传递之后被销毁。

我不能理解这样做的理由,如果其他对象需要这个对象(self),block 被传递的时候应该 retain 对象,所以 block 应该不被作为属性存储。这种情况下不应该用 __weak/__strong

总之,其他情况下,希望 weakSelf 变成 nil 的话,就像第二种情况解释那么写(在 block 之外定义一个弱应用并且在 block 里面使用)。

还有,Apple的 “trivial block” 是什么呢。我们的理解是 trivial block 是一个不被传送的 block ,它在一个良好定义和控制的作用域里面,weak 修饰只是为了避免循环引用。

虽然有 Kazuki Sakamoto 和 Tomohiko Furumoto) 讨论的 在线 参考, Matt Galloway 的 (Effective Objective-C 2.0Pro Multithreading and Memory Management for iOS and OS X ,大多数开发者始终没有弄清楚概念。

在 block 内用强引用的优点是,抢占执行的时候的鲁棒性。看上面的三个例子,在 block 执行的时候

1. 直接在 block 里面使用关键词 self

如果 block 被属性 retain,self 和 block 之间会有一个循环引用并且它们不会再被释放。如果 block 被传送并且被其他的对象 copy 了,self 在每一个 copy 里面被 retain

2. 在 block 外定义一个 __weak 的 引用到 self,并且在 block 里面使用这个弱引用

没有循环引用的时候,block 是否被 retain 或者是一个属性都没关系。如果 block 被传递或者 copy 了,在执行的时候,weakSelf 可能会变成 nil。

block 的执行可以抢占,并且后来的对 weakSelf 的不同调用可以导致不同的值(比如,在 一个特定的执行 weakSelf 可能赋值为 nil )

__weak typeof(self) weakSelf = self;
dispatch_block_t block =  ^{
    [weakSelf doSomething]; // weakSelf != nil
    // preemption, weakSelf turned nil
    [weakSelf doSomethingElse]; // weakSelf == nil
};

3. 在 block 外定义一个 __weak 的 引用到 self,并在在 block 内部通过这个弱引用定义一个 __strong的引用。

不论管 block 是否被 retain 或者是一个属性,这样也不会有循环引用。如果 block 被传递到其他对象并且被复制了,执行的时候,weakSelf 可能被nil,因为强引用被复制并且不会变成nil的时候,我们确保对象 在 block 调用的完整周期里面被 retain了,如果抢占发生了,随后的对 strongSelf 的执行会继续并且会产生一样的值。如果 strongSelf 的执行到 nil,那么在 block 不能正确执行前已经返回了。

__weak typeof(self) weakSelf = self;
myObj.myBlock =  ^{
    __strong typeof(self) strongSelf = weakSelf;
    if (strongSelf) {
      [strongSelf doSomething]; // strongSelf != nil
      // preemption, strongSelf still not nil(抢占的时候,strongSelf 还是非 nil 的)
      [strongSelf doSomethingElse]; // strongSelf != nil
    }
    else {
        // Probably nothing...
        return;
    }
};

在一个 ARC 的环境中,如果尝试用 ->符号来表示,编译器会警告一个错误:

Dereferencing a __weak pointer is not allowed due to possible null value caused by race condition, assign it to a strong variable first. (对一个 __weak 指针的解引用不允许的,因为可能在竞态条件里面变成 null, 所以先把他定义成 strong 的属性)

可以用下面的代码展示

__weak typeof(self) weakSelf = self;
myObj.myBlock =  ^{
    id localVal = weakSelf->someIVar;
};

在最后【疑问】

  • 1: 只能在 block 不是作为一个 property 的时候使用,否则会导致 retain cycle。
  • 2: 当 block 被声明为一个 property 的时候使用。
  • Case 3: 和并发执行有关。当涉及异步的服务的时候,block 可以在之后被执行,并且不会发生关于 self 是否存在的问题。

委托和数据源

委托是 Apple 的框架里面使用广泛的模式,同时它是一个重要的 四人帮的书“设计模式”中的模式。委托模式是单向的,消息的发送方(委托方)需要知道接收方(委托),反过来就不是了。对象之间没有多少耦合,因为发送方只要知道它的委托实现了对应的 protocol。

本质上,委托模式只需要委托提供一些回调方法,就是说委托实现了一系列空返回值的方法。

不幸的是 Apple 的 API 并没有尊重这个原则,开发者也效仿 Apple 进入了歧途。一个典型的例子是 UITableViewDelegate 协议。

一些有 void 返回类型的方法就像回调

- (void)tableView:(UITableView *)tableView didSelectRowAtIndexPath:(NSIndexPath *)indexPath;
- (void)tableView:(UITableView *)tableView didHighlightRowAtIndexPath:(NSIndexPath *)indexPath;

但是其他的不是

- (CGFloat)tableView:(UITableView *)tableView heightForRowAtIndexPath:(NSIndexPath *)indexPath;
- (BOOL)tableView:(UITableView *)tableView canPerformAction:(SEL)action forRowAtIndexPath:(NSIndexPath *)indexPath withSender:(id)sender;

当委托者询问委托对象一些信息的时候,这就暗示着信息是从委托对象流向委托者,而不会反过来。 这个概念就和委托模式有些不同,它是一个另外的模式:数据源。

可能有人会说 Apple 有一个 UITableViewDataSouce protocol 来做这个(虽然使用委托模式的名字),但是实际上它的方法是用来提供真实的数据应该如何被展示的信息的。

- (UITableViewCell *)tableView:(UITableView *)tableView cellForRowAtIndexPath:(NSIndexPath *)indexPath;
- (NSInteger)numberOfSectionsInTableView:(UITableView *)tableView;

此外,以上两个方法 Apple 混合了展示层和数据层,这显的非常糟糕,但是很少的开发者感到糟糕。而且我们在这里把空返回值和非空返回值的方法都天真地叫做委托方法。

为了分离概念,我们应该这样做:

  • 委托模式:事件发生的时候,委托者需要通知委托
  • 数据源模式: 委托方需要从数据源对象拉取数据

这个是实际的例子:

@class ZOCSignUpViewController;

@protocol ZOCSignUpViewControllerDelegate <NSObject>
- (void)signUpViewControllerDidPressSignUpButton:(ZOCSignUpViewController *)controller;
@end

@protocol ZOCSignUpViewControllerDataSource <NSObject>
- (ZOCUserCredentials *)credentialsForSignUpViewController:(ZOCSignUpViewController *)controller;
@end

@protocol ZOCSignUpViewControllerDataSource <NSObject>

@interface ZOCSignUpViewController : UIViewController

@property (nonatomic, weak) id<ZOCSignUpViewControllerDelegate> delegate;
@property (nonatomic, weak) id<ZOCSignUpViewControllerDataSource> dataSource;

@end

在上面的例子里面,委托方法需要总是有一个调用方作为第一个参数,否则委托对象可能被不能区别不同的委托者的实例。此外,如果调用者没有被传递到委托对象,那么就没有办法让一个委托对象处理两个不同的委托者了。所以,下面这样的方法就是人神共愤的:

- (void)calculatorDidCalculateValue:(CGFloat)value;

默认情况下,委托对象需要实现 protocol 的方法。可以用@required@optional 关键字来标记方法是否是必要的还是可选的。

@protocol ZOCSignUpViewControllerDelegate <NSObject>
@required
- (void)signUpViewController:(ZOCSignUpViewController *)controller didProvideSignUpInfo:(NSDictionary *);
@optional
- (void)signUpViewControllerDidPressSignUpButton:(ZOCSignUpViewController *)controller;
@end

对于可选的方法,委托者必须在发送消息前检查委托是否确实实现了特定的方法(否则会Crash):

if ([self.delegate respondsToSelector:@selector(signUpViewControllerDidPressSignUpButton:)]) {
    [self.delegate signUpViewControllerDidPressSignUpButton:self];
}

继承

有时候你可能需要重载委托方法。考虑有两个 UIViewController 子类的情况:UIViewControllerA 和 UIViewControllerB,有下面的类继承关系。

UIViewControllerB < UIViewControllerA < UIViewController

UIViewControllerA conforms to UITableViewDelegate and implements - (CGFloat)tableView:(UITableView *)tableView heightForRowAtIndexPath:(NSIndexPath *)indexPath.

UIViewControllerA 遵从 UITableViewDelegate 并且实现了 - (CGFloat)tableView:(UITableView *)tableView heightForRowAtIndexPath:(NSIndexPath *)indexPath.

你可能会想要提供一个和 UIViewControllerB 不同的实现。一个实现可能是这样子的:


- (CGFloat)tableView:(UITableView *)tableView heightForRowAtIndexPath:(NSIndexPath *)indexPath {
    CGFloat retVal = 0;
    if ([super respondsToSelector:@selector(tableView:heightForRowAtIndexPath:)]) {
        retVal = [super tableView:self.tableView heightForRowAtIndexPath:indexPath];
    }
    return retVal + 10.0f;
}

但是如果超类(UIViewControllerA)没有实现这个方法呢?

调用过程

[super respondsToSelector:@selector(tableView:heightForRowAtIndexPath:)]

会用 NSObject 的实现,寻找,在 self 的上下文中无疑有它的实现,但是 app 会在下一行 Crash 并且报下面的错:

*** Terminating app due to uncaught exception 'NSInvalidArgumentException', reason: '-[UIViewControllerB tableView:heightForRowAtIndexPath:]: unrecognized selector sent to instance 0x8d82820'

这种情况下我们需要来询问特定的类实例是否可以响应对应的 selector。下面的代码提供了一个小技巧:


- (CGFloat)tableView:(UITableView *)tableView heightForRowAtIndexPath:(NSIndexPath *)indexPath {
    CGFloat retVal = 0;
    if ([[UIViewControllerA class] instancesRespondToSelector:@selector(tableView:heightForRowAtIndexPath:)]) {
        retVal = [super tableView:self.tableView heightForRowAtIndexPath:indexPath];
    }
    return retVal + 10.0f;
}

就像上面的丑陋的代码,一个委托方法也比重载方法好。

多重委托

多重委托是一个非常基础的概念,但是,大多数开发者对此非常不熟悉而使用 NSNotifications。就像你可能注意到的,委托和数据源是对象之间的通讯模式,但是只涉及两个对象:委托者和委托。

数据源模式强制一对一的关系,发送者来像一个并且只是一个对象来请求信息。但是委托模式不一样,它可以完美得有多个委托来等待回调操作。

至少两个对象需要接收来自特定委托者的回调,并且后一个需要知道所有的委托,这个方法更好的适用于分布式系统并且更加广泛用于大多数软件的复杂信息流传递。

多重委托可以用很多方式实现,读者当然喜欢找到一个好的个人实现,一个非常灵巧的多重委托实现可以参考 Luca Bernardi 在他的 LBDelegateMatrioska 的原理。

一个基本的实现在下面给出。Cocoa 在数据结构中使用弱引用来避免引用循环,我们使用一个类来作为委托者持有委托对象的弱引用。

@interface ZOCWeakObject : NSObject

@property (nonatomic, weak, readonly) id object;

+ (instancetype)weakObjectWithObject:(id)object;
- (instancetype)initWithObject:(id)object;

@end
@interface ZOCWeakObject ()
@property (nonatomic, weak) id object;
@end

@implementation ZOCWeakObject

+ (instancetype)weakObjectWithObject:(id)object {
    return [[[self class] alloc] initWithObject:object];
}

- (instancetype)initWithObject:(id)object {
    if ((self = [super init])) {
        _object = object;
    }
    return self;
}

- (BOOL)isEqual:(id)object {
    if (self == object) {
        return YES;
    }

    if (![object isKindOfClass:[object class]]) {
        return NO;
    }

    return [self isEqualToWeakObject:(ZOCWeakObject *)object];
}

- (BOOL)isEqualToWeakObject:(ZOCWeakObject *)object {
    if (!object) {
        return NO;
    }

    BOOL objectsMatch = [self.object isEqual:object.object];
    return objectsMatch;
}

- (NSUInteger)hash {
    return [self.object hash];
}

@end

一个简单的使用 weak 对象来完成多重引用的组成部分:

@protocol ZOCServiceDelegate <NSObject>
@optional
- (void)generalService:(ZOCGeneralService *)service didRetrieveEntries:(NSArray *)entries;
@end

@interface ZOCGeneralService : NSObject
- (void)registerDelegate:(id<ZOCServiceDelegate>)delegate;
- (void)deregisterDelegate:(id<ZOCServiceDelegate>)delegate;
@end

@interface ZOCGeneralService ()
@property (nonatomic, strong) NSMutableSet *delegates;
@end

@implementation ZOCGeneralService
- (void)registerDelegate:(id<ZOCServiceDelegate>)delegate {
    if ([delegate conformsToProtocol:@protocol(ZOCServiceDelegate)]) {
        [self.delegates addObject:[[ZOCWeakObject alloc] initWithObject:delegate]];
    }
}

- (void)deregisterDelegate:(id<ZOCServiceDelegate>)delegate {
    if ([delegate conformsToProtocol:@protocol(ZOCServiceDelegate)]) {
        [self.delegates removeObject:[[ZOCWeakObject alloc] initWithObject:delegate]];
    }
}

- (void)_notifyDelegates {
    ...
    for (ZOCWeakObject *object in self.delegates) {
        if (object.object) {
            if ([object.object respondsToSelector:@selector(generalService:didRetrieveEntries:)]) {
                [object.object generalService:self didRetrieveEntries:entries];
            }
        }
    }
}

@end

registerDelegate:deregisterDelegate: 方法的帮助下,连接/解除组成部分很简单:如果委托对象不需要接收委托者的回调,仅仅需要’unsubscribe’.

这在一些不同的 view 等待同一个回调来更新界面展示的时候很有用:如果 view 只是暂时隐藏(但是仍然存在),它可以仅仅需要取消对回调的订阅。


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