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alamofire的设计之道

2017-06-07 17:38 by 副主编 jihong10102006 评论(0) 有23862人浏览
引用
文章来源:
作者:黄文臣


前言:

是一个由swift编写的优雅的网络开发框架。

大部分用swift编写的ios app的网络模块都是基于alamofire的。作为swift社区最活跃的几个项目之一,有许多开发者在不断的对其进行完善,所以学习这种优秀的开源代码对深入理解swift的特性很有帮助。

本文很长,大到整个框架的设计,小到某些基础功能的使用都会涉及。

url loading system

ios的网络开发(url loading system)的类层次如下:

从图中可以看出,整个框架包括url loading相关的核心类和五种辅助类。其中,五种辅助类划分如下
  • configuration 配置信息,比如cookie的存储策略,tls版本等等。
  • authentication and credentials 授权和证书
  • protocol support 用做proxy来拦截或特殊处理某些url
  • cookie storage 管理cookie
  • cache management 管理缓存
alamofire就是建立在nsurlsession上的封装。

nsurlsession是在2013年推出的新api,并且apple在2015年废弃了nsurlconnection。如果你的app还在用以nsurlconnection建立的网络层(比如afnetworking 2.x),那么你真的应该考虑升级到nsurlsession(比如afnetworking 3.x),废弃的api也许还能正常工作,但是apple已对其不再维护,当然也就不支持http 2.0等新特性。

关于nsurlsesson的基础使用,我之前有过几篇博客,可以在这个链接找到:

那么,用nsurlsession来进行http/https请求的时候,实际的过程如何呢?

  • 建立nsurlsessiontask,并且resume.
  • 检查cache策略,如果有需要从本地cache中直接返回数据
  • 通过dns进行域名查找
  • 建立tcp连接
  • 如果是https,进行tls握手(如有资源需要认证访问,可能需要客户端提供证书,用户名密码等信息)
  • 请求开始,收到http的response
  • 接收http的data
tips: 理解http/https的请求过程很重要,因为往往你需要统计api请求在哪个阶段出了问题,然后对症下药,提高用户体验。

整体架构

alamofie的整体功能图如下:

其中:
  • 左侧是暴露给外部的接口,右侧是内部实现相关
  • 这三个模块比较独立:和 是基于alamofire开发的独立的库,分别用来做图片和网络状态小菊花,networkreachabilitymanager也是先对独立的用来检测蜂窝移动,wifi等网络变化的。
我们先从一个api调用切入,来分析各个模块的作用:
alamofire.request(/**/).validate(/**/).responsejson {/**/}

初始化sessionmanager的单例default
//整理后代码
self.delegate = sessiondelegate()
self.session = urlsession(configuration: configuration, delegate: delegate, delegatequeue: nil)

在初始化sessionmanager代码里,提供了一个默认的sessiondelegate,并且初始化了一个urlsession,这个urlsession的delegate是sessiondelegate。
通过这个初始化,我们知道urlsession的几个代理事件都是传递给sessionmanager的sessiondelegate了。
执行全局方法alamofire.request

方法体中调用sessionmanager.default单例的实例方法来创建datarequest。这一步做了如下动作:
  • 根据传入的url,parameters等参数创建urlrequest
  • 根据urlrequest和sessionmanager的属性session(urlsession),adapter(请求适配器),queue(gcd queue)创建urlsessiondatatask
  • 根据基类request提供的方法,创建子类datarequest实例,并且为子类datarequest初始化一个datataskdelegate。
每一个datarequest对应一个datataskdelegate,每一个taskdelegate有一个operationqueue,这个queue在初始化的时候是挂起状态的,并且是一个串行队列(maxconcurrentoperationcount = 1)。
open class request{
    init(session: urlsession, requesttask: requesttask, error: error? = nil) {
    self.session = session
    switch requesttask {
    case .data(let originaltask, let task):
        taskdelegate = datataskdelegate(task: task)
        self.originaltask = originaltask
        //省略
    }
    delegate.error = error
    delegate.queue.addoperation { self.endtime = cfabsolutetimegetcurrent() } //加入统计请求结束的operation
    }
}

  • 按需执行datatask的resume方法
执行datatask.validate

内容很简单,就是把传入的闭包保存起来,等待后续执行,并且返回self

执行datatask.responsejson

在这个方法里,创建一个nsoperation加入到datataskdelegate的queue中,这个queue在创建之初是刮挂起状态的,所以提交的任务不会执行。

urlsession收到数据

首先sessiondelegate代理方法被调用:
open func urlsession(_ session: urlsession, datatask: urlsessiondatatask, didreceive data: data) {
    if let datataskdidreceivedata = datataskdidreceivedata {//有自定义实现
            datataskdidreceivedata(session, datatask, data)
        } else if let delegate = self[datatask]?.delegate as? datataskdelegate {//走默认实现
            delegate.urlsession(session, datatask: datatask, didreceive: data)
        }
}

在这个代理方法里,根据存储的字典 urlsessiontask -> taskdelegate 找到这个task的datataskdelegate,调用其方法
 func urlsession(_ session: urlsession, datatask: urlsessiondatatask, didreceive data: data) {
    //整理后代码
    mutabledata.append(data) //存储数据到内存
   progresshandler.queue.async { progresshandler.closure(self.progress) } //回调progresshandler
}

urlsession完成task

首先调用sessiondelegate中的urlsession的代理方法
open func urlsession(_ session: urlsession, task: urlsessiontask, didcompletewitherror error: error?) {
//整理后代码
//执行response的validation
request.validations.foreach { $0() } 
//唤起queue,来执行提交的任务
strongself[task]?.delegate.queue.issuspended = false
strongself[task] = nil
}

由于queue被唤起,所以之前提交的完成callback会被执行。

执行网络请求完成的callback
//序列化请求结果,这里的responseserializer为dataresponseserializerprotocol协议类型
let result = responseserializer.serializeresponse(
                self.request,
                self.response,
                self.delegate.data,
                self.delegate.error
            )
//建立response对象
var dataresponse = dataresponse(
    request: self.request,
    response: self.response,
    data: self.delegate.data,
    result: result,
    timeline: self.timeline
)
//增加统计相关信息
dataresponse.add(self.delegate.metrics)
//执行传入的必报,也就是responsejson函数传入的闭包
(queue ?? dispatchqueue.main).async { completionhandler(dataresponse) }

api设计

衡量一个框架好坏最重要的因素就是是否容易使用。

那么,如何定义容易使用呢?

根据二八原则,对于一个框架的使用百分之八十的时候都是很基础的功能使用,当这些基础的功能使用是容易的,我们认为这个框架是容易使用的。

我们来对比一下,同样get一个url,然后把数据解析成json。使用nsurlsession层次的api如下
guard let url =  else {
    return;
}
let datatask = urlsession.shared.datatask(with: url) { (data, response, error) in
    guard let data = data else{
        return;
    }
    do{
        let json = try jsonserialization.jsonobject(with: data, options: .allowfragments)
        print(json)
    }catch let error{
        print(error)
    }
};
datatask.resume()

使用alamofire
alamofire.request("https://raw.githubusercontent.com/leomobiledeveloper/react-native-files/master/person.json").responsejson { (response) in
    if let json = response.result.value {
        print("json: \(json)")
    }
}

tips: 这里的alamofire.request指的是module(模块) alamofire的一个全局方法request调用。

可以看到,使用系统的api,我们不得不先创建url,然后建立datatask,并且resume。接着在callback里去解析json。由于swift是一种强类型的语言,我们不得不进行大量的逻辑判断和try-catch。

而alamofire把这些步骤简化成了一个静态的方法调用,并且用链式的方式来处理异步的response解析。由于是链式的,你可以用链式的方式实现很多逻辑,比如验证返回值:
alamofire.request("https://httpbin.org/get")
    .validate(statuscode: 200..<300) //返回值验证
    .responsedata { response in //解析返回的数据
        switch response.result {
        case .success:
            print("validation successful")
        case .failure(let error):
            print(error)
        }
    }

用链式的方式进行异步处理是一个很好的实践,延伸阅读可以参考:,。

链式的异步处理有很多优点:
  • 优雅的处理大量的callback
  • 代码更容易理解,更容易维护
  • 不需要在每一步都进行错误检查
80%情况下的api调用

alamofire是采用静态方法的方式来提供80%情况下的api,这些全局方法可以在找到,以request为例:
@discardableresult //关键词告诉编译器,即使返回值不被持有,也别报警告
public func request(
    _ url: urlconvertible,
    method: httpmethod = .get,
    parameters: parameters? = nil,
    encoding: parameterencoding = urlencoding.default,
    headers: httpheaders? = nil)
    -> datarequest
{
    return sessionmanager.default.request(
        url,
        method: method,
        parameters: parameters,
        encoding: encoding,
        headers: headers
    )
}

我们来分析下这个简单却又精炼的方法,方法的几个参数
  • url 请求的url,协议urlconvertible类型(alamofire用extension的方式为url,string,urlcomponents实现了这个协议)
  • method 请求的http方法,默认为get
  • parameters 请求的参数,默认为nil
  • encoding,,参数编码类型,默认urlencoding.default,也就是根据http方法的类型决定参数是query或者body里
  • headers, http header
返回值是一个datarequest实例,这个实例就是异步调用链的头部。

tips: 用默认参数来实现默认配置是一个很好的实践。

如何实现链式调用
open class request {
    var validations: [() -> void] = []
    public func validate(_ validation: @escaping validation) -> self {
        let validationexecution: () -> void = {/**/}
        validations.append(validationexecution)
        return self
    }
}

从代码中,我们可以比较清楚的看出链式调用的原理:
函数的参数是闭包类型,方法体把这个闭包类型输入存储起来,并且返回self。在合适的时候执行闭包即可实现异步的链式调用。

模块功能

软件设计有一个非常重要的原则就是:单一功能原则。

alaofire的文件划分如下:

我们来分析alamofire的各个模块负责的功能:
  • sessionmanager 整个alamofire框架的核心枢纽,封装了urlsession。负责提供外部调用的api,处理请求适配器,请求的重拾。
  • sessiondelegate sessionmanager的代理,封装了urlsessiondelegate。负责对task的回调事件提供默认实现(转发给taskdelegate进行实际处理),并且以闭包的方式暴露给外部,让外部可以自定义实现。
  • taskdelegate 对urlsessiontask的回调进行实际的处理,并且执行task的完成回调用
  • request 是urlsessiontask的封装,是暴露给上层的请求任务
  • parameterencoding 对参数进行encoding(json,query等)
  • response 代表返回数据序列化后的结果
  • responseserializer 对返回的数据进行序列化(json,property list等)
  • servertrustpolicymanager/servertrustpolicy 对tls等过程中发生的认证进行处理
  • timeline 纯粹的用来进行网络请求过程的数据统计
线程

alamofire的线程处理都是采用gcd和nsoperation,并没有使用底层的thread。

sessionmanager

每一个sessionmanager有一个常量属性
let queue = dispatchqueue(label: "org.alamofire.session-manager."   uuid().uuidstring)

这个queue用来做task的初始化工作,也做了比如文件创建等
//task初始化
return task = queue.sync { session.downloadtask(with: urlrequest) }
//创建目录
try filemanager.createdirectory(at: directoryurl, withintermediatedirectories: true, attributes: nil)


urlsession

session是这样被初始化的:
self.session = urlsession(configuration: configuration, delegate: delegate, delegatequeue: nil)

delegatequeue是urlsession的各种回调函数被调用的串行队列,这里传入nil,表示由系统自动为我们创建回调队列。

globalqueue

关于全局队列,有如下使用
//重试
dispatchqueue.utility.after{}
//初始化上传的multipartformdata
dispatchqueue.global(qos: .utility).async


taskdelegate

每一个task有一个taskdelegate,每一个taskdelegate有一个常量属性queue
self.queue = {
            let operationqueue = operationqueue()
            operationqueue.maxconcurrentoperationcount = 1
            operationqueue.issuspended = true
            operationqueue.qualityofservice = .utility
            return operationqueue
        }()

这个queue有一点黑科技,在创建的时候是挂起的,然后不断的往里塞任务:比如responsejson等。然后等task完成的时候,再唤起queue,执行这些任务。

还是举一个例子,我们来看看队列之前的切换:
alamofire.request(/**/).validate(/**/).responsejson {/**/}

  • 主队列调用request方法
  • sync到sessionmanager的queue上创建urlsessiondatatask
  • 主队列调用validate方法和responsejson保存相关闭包
  • urlsession中由系统自动创建的queue收到delegate事件回调
  • 收到urlsessiontask完成的回调,taskdelegate的queue被唤起
  • 异步到主队列执行responsejson中传入的闭包
当然,上述的队列使用不包括以参数方式传递进入的,比如responsejson,就可以指定这个闭包执行的队列
public func responsejson(
        queue: dispatchqueue? = nil,
        options: jsonserialization.readingoptions = .allowfragments,
        completionhandler: @escaping (dataresponse) -> void)
        -> self{}

错误处理

数据结构

alamofire的错误处理是采用了带关联值枚举,在swift开发中,枚举是最常见的用来处理错误的。

在关联值枚举中,alamofire还定义了内部类型,来对错误类型进行二次分类。代码如下:
public enum aferror: error {
    public enum parameterencodingfailurereason {/*省略*/}
    public enum multipartencodingfailurereason {/*省略*/}
    public enum responsevalidationfailurereason {/*省略*/}
    public enum responseserializationfailurereason {/*省略*/}
    //枚举的可能值
    case invalid
    case parameterencodingfailed(reason: parameterencodingfailurereason)
    case multipartencodingfailed(reason: multipartencodingfailurereason)
    case responsevalidationfailed(reason: responsevalidationfailurereason)
    case responseserializationfailed(reason: responseserializationfailurereason)
}

我们来分析为什么要这样定义这些错误类型,一个典型的网络库的请求数据流如下:

其中,在调用urlsession相关的api之前,我们要先创建urlrequest,然后交给urlsession去做实际的http请求,然后拿到http请求的二进制数据,根据需要转换成字符串/json等交给上层。

所以,alomofire的错误处理思想是:

根据错误发生的位置进行一级分类,再用嵌套类型对错误进行二次分类。

除了错误定义之外,开发者抓到错误能有友善的描述信息也是很重要的,这就是。swift提供localizederror
extension aferror: localizederror {
    public var errordescription: string? {
        /*省略*/
    }
}
extension aferror.parameterencodingfailurereason {
    var localizeddescription: string {
      /*省略*/
    }
}

swift错误处理延伸阅读:
继承

nrulsessiontask是由继承来实现的,继承关系如下
urlsessiontask — task的基类
  • urlsessiondatatask - 拉取url的内容nsdata
  • urlsessionuploadtask — 上传数据到url,并且返回是nsdata
  • urlsessiondownloadtask - 下载url的内容到文件
  • urlsessionstreamtask — 建立tcp/ip连接
仿照这种关系,alamofire的request也是类似的继承关系:
request — task的基类
  • datarequest - 拉取url的内容nsdata
  • uploadrequest — 上传数据到url,并且返回是nsdata
  • downloadrequest - 下载url的内容到文件
  • streamrequest — 建立tcp/ip连接
其实原因和很简单:父类提供基础的属性和方法来给子类复用。

在request中,除了继承,还使用了聚类的方式:由父类提供接口,初始化子类
init(session: urlsession, requesttask: requesttask, error: error? = nil) {
        self.session = session
        switch requesttask {
        case .data(let originaltask, let task):
            taskdelegate = datataskdelegate(task: task)
            self.originaltask = originaltask
            /**/
        }
    }

协议

swift是面向协议编程的语言。

alamofire的很多设计都是以协议为中心的,

以parameterencoding协议:

定义如下:
public protocol parameterencoding {
    func encode(_ urlrequest: urlrequestconvertible, with parameters: parameters?) throws -> urlrequest
}

接口依赖于这个协议类型
public func request(
    _ url: urlconvertible,
    method: httpmethod = .get,
    parameters: parameters? = nil,
    encoding: parameterencoding = urlencoding.default,
    headers: httpheaders? = nil)
    -> datarequest
{
    /*略*/
}

这样在传入的时候,只要是这个协议类型都可以,不管是struct,enum或者class。

alamofire实现了三种encoding方式:
public struct urlencoding: parameterencoding {}
public struct jsonencoding: parameterencoding {}
public struct propertylistencoding: parameterencoding {}

扩展性

由于提供的接口是协议类型的,于是你可以方便直接把一个实例当作url,并且自定义encodeing方法
enum api:urlconvertible{
    case login
    public func as throws -> url {
        //return login url
    }
}
class customencoding: parameterencoding{/*/*}

然后,你就可以这么调用了
alamofire.request(api.login, method: .post, encoding: cusomencoding())

可以看到,使用协议提供的接口是抽象的接口,与具体的class/enum/struct无关,也就易于扩展

代理

代理是cocoatouch一个很优秀的设计模式,它提供了一种盲通信的方式把相关的任务划分到不同的类中。

在alamofire中,最主要的就是这两对代理关系:

由于delegate的存在,
  • sessionmanager只需要关注urlsession的封装即可,session层面的事件回调交给由sessiondelegate处理
  • request只需要关注urlsessiontask的封装,task层面的任务交给requestdelegate处理。
这样,保证了各个模块之间的功能单一,不会互相耦合。

类型安全

swift本身是一种类型安全的语言,这意味着如果编译器发现类型不对,你的代码将编译不通过。

urlrequest有一个属性是httpmethod
var httpmethod: string? { get set }

它的类型是string类型,这意味着你可以随意的赋值,编译器缺不会提示你你的输入可能又问题。
request.httpmethod = "1234"

考虑到httpmethod无非也就是那几种,很适合用enum来做,alamofire对其进行了封装
public enum httpmethod: string {
    case options = "options"
    case get     = "get"
    case head    = "head"
    case post    = "post"
    case put     = "put"
    case patch   = "patch"
    case delete  = "delete"
    case trace   = "trace"
    case connect = "connect"
}

然后,上层的方法提供的接口是枚举类型:
public func request(
    _ url: urlconvertible,
    method: httpmethod = .get, //这里
    parameters: parameters? = nil,
    encoding: parameterencoding = urlencoding.default,
    headers: httpheaders? = nil)
    -> datarequest
{
    /*略*/
}

这样,编译器就能够进行合理的检查,也不容易出错了。

版本与平台适配

alamofire适配的平台有ios/osx/tvos/watchos,适配的最低ios版本是ios 8。 那么,就出现了一个问题
  • 有些平台没有对应的api
  • 有些api是高版本的系统才有的
举个例子:
func streamtask(with service: netservice) -> urlsessionstreamtask

alamofire采用如下方式进行适配:

@avialable - 用来标记适配系统版本(for编译器)

比如,这个函数被标记为ios 9.0后可用,如果直接在target ios 8的调用,则会报错。可以在if #available{}中调用
@discardableresult
@available(ios 9.0, macos 10.11, tvos 9.0, *)
public func stream(withhostname hostname: string, port: int) -> streamrequest {
    return sessionmanager.default.stream(withhostname: hostname, port: port)
}

#if ... #endif - 用作条件编译(for编译器)

例如:在watchos上不编译
#if !os(watchos)
@discardableresult
@available(ios 9.0, macos 10.11, tvos 9.0, *)
public func stream(withhostname hostname: string, port: int) -> streamrequest {
    return sessionmanager.default.stream(withhostname: hostname, port: port)
}
#endif

#available - 满足平台和系统要求才调用(for 编译器,运行时)
extension response {
    mutating func add(_ metrics: anyobject?) {
        #if !os(watchos)
            guard #available(ios 10.0, macos 10.12, tvos 10.0, *) else { return }
            guard let metrics = metrics as? urlsessiontaskmetrics else { return }
            _metrics = metrics
        #endif
    }
}

总结

alamofire是一个优雅的swift开源库,它的代码真的很优雅,强烈建议对swift感兴趣并且想深入学习的同学用几天的空余时间去研究下。看的时候多问自己几个问题:
  • 为什么这里要用protocol而不用继承?
  • 为什么这里要用struct而不用class?
  • …..

总之,多问为什么,然后找到答案,就会很有收获。

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