探索iOS開發中的消息傳遞機制
注1：本文由破船譯自Communication Patterns。
每個應用程序或多或少，都由一些松耦合的對象構成，這些對象彼此之間要想很好的完成任務，就需要進行消息傳遞。本文將介紹所有可用的消息傳遞機制，并通過 示例來介紹這些機制在蘋果的Framework中如何使用，同時，還介紹了一些***實踐建議，告訴你什么時機該選擇使用什么機制。
雖然這一期的主題是關于Foundation Framework的，不過本文中還介紹了一些超出Foundation Framework(KVO和Notification)范圍的一些消息傳遞機制，另外還介紹了delegation，block和target- action。
大多數情況下，消息傳遞該使用什么機制，是很明確的了，當然了，在某些情況下該使用什么機制并沒有明確的答案，需要你親自去嘗試一下。
本文中，會經常提及接收者[recipient]和發送者[sender]。在消息傳遞 機制中具體是什么意思，我們可以通過一個示例來解釋：一個table view是發送者，而它的delegate就是接收者。Core Data managed object context是notification的發送者，而獲取這些notification的主體則是接收者。一個滑塊(slider)是action消息 的發送者，而在代碼里面對應著實現這個action的responder就是接收者。對象中的某個屬性支持KVO，那么誰修改這個值，誰就是發送者，對應 的觀察者(observer)則是接收者。
可用的機制
首先我們來看看每種機制的具體特點。在下一節中，我會結合一個流程圖來介紹如何在具體情況下，選擇正確的消息傳遞機制。***，將介紹一些來自蘋果Framework中的示例，并會解釋在某種確定情況下為什么要選擇固定的機制。
KVO
KVO提供了這樣一種機制：當對象中的某個屬性值發生了改變，可以對這些值的觀察者做出通知。KVO的實現包含在Foundation里面，基于 Foundation構建的許多Framework對KVO都有所依賴。要想了解更多關于如何使用KVO，可以閱讀本期由Daniel寫的的KVO和KVC文章。
如果對某個對象中值的改變情況感興趣，那么可以使用KVO消息傳遞機制。這里有兩個要求，首先，接收者(會接收到值發生改變的消息)必須知道發送者 (值將發生改變的那個對象)。另外，接收者同樣還需要知道發送者的生命周期，因為在銷毀發送者對象之前，需要取消觀察者的注冊。如果這兩個要求都滿足了， 消息傳遞過程中可以是1對多(多個觀察者可以注冊某個對象中的值)。
如果計劃在Core Data對象上使用KVO，需要知道這跟一般的KVO使用方法有點不同。那就是必須結合Core Data的故障機制(faulting mechanism)，一旦core data出現了故障，它將會觸發其屬性對應的觀察者(即使這些屬性值沒有發生改變)。
Notification
在不相關的兩部分代碼中要想進行消息傳遞，通知(notifacation)是非常好的一種機制，它可以對消息進行廣播。特別是想要傳遞豐富的信息，并且不一定指望有誰對此消息關心。
通知可以用來發送任意的消息，甚至包含一個userInfo字典，或者是NSNotifacation的一個子類。通知的獨特之處就在于發送者和接 收者雙方并不需要相互知道。這樣就可以在非常松耦合的模塊間進行消息的傳遞。記住，這種消息傳遞機制是單向的，作為接收者是不可以回復消息的。
delegation
在蘋果的Framework中，delegation模式被廣泛的只用著。delegation允許我們定制某個對象的行為，并且可以收到某些確定 的事件。為了使用delegation模式，消息的發送者需要知道消息的接收者(delegate)，反過來就不用了。這里的發送者和接收者是比較松耦合 的，因為發送者只知道它的delegate是遵循某個特定的協議。
delegate協議可以定義任意的方法，因此你可以準確的定義出你所需要的類型。你可以用函數參數的形式來處理消息內容，delegate還可以 通過返回值的形式給發送者做出回應。如果只需要在相對接近的兩個模塊之間進行消息傳遞，那么Delegation是一種非常靈活和直接方式。
不過，過渡使用delegation也有一定的風險，如果兩個對象的耦合程度比較緊密，相互之間不能獨立存在，那么此時就沒有必要使用 delegate協議了，針對這種情況，對象之間可以知道相互間的類型，進而直接進行消息傳遞。例如UICollectionViewLayout和 NSURLSessionConfiguration。
block
Block相對來說，是一種比較新的技術，它***出現是在OS X 10.6和iOS 4中。一般情況下，block可以滿足用delegation實現的消息傳遞機制。不過這兩種機制都有各自的需求和優勢。
當不考慮使用block時，一般主要是考慮到block極易引起retain環。如果發送者需要reatain block，而又不能確保這個引用什么時候被nil，這樣就會發生潛在的retain環。
假設我們想要實現一個table view，使用block替代delegate，來當做selection的回調，如下：
- self.myTableView.selectionHandler = ^void(NSIndexPath *selectedIndexPath) {
- // handle selection ...
- };
上面代碼的問題在于self retain了table view，而table view為了之后能夠使用block，進而 retain了block。而table view又不能把這個引用nil掉，因為它不知道什么時候不在需要這個block了。如果我們保證不了可以打破這個retain環，而我們又需要 retain發送者，此時block不是好的選擇。
NSOperation就可以很好的使用block，因為它能再某個時機打破retain環：
- self.queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
- MyOperation *operation = [[MyOperation alloc] init];
- operation.completionBlock = ^{
- [self finishedOperation];
- };
- [self.queue addOperation:operation];
乍一看這似乎是一個retain環：self retain了queue，queue retain了operation，而operation retain了completion block，而completion blockretain了self。不過，在這里，將operation添加到queue時，會使operation在某個時機被執行，然后從queue 中remove掉（如果沒有被執行，就會有大問題了）。一單queue移除了operation之后，retain環就被打破了。
再來一個示例：這里實現了一個視頻編碼器的類，里面有一個名為encodeWithCompletionHandler:的方法。為了避免出現retain環，我們需要確保編碼器這個對象能夠在某個時機nil掉其對block的引用。其內部代碼如下所示：
- @interface Encoder ()
- @property (nonatomic, copy) void (^completionHandler)();
- @end
- @implementation Encoder
- - (void)encodeWithCompletionHandler:(void (^)())handler
- {
- self.completionHandler = handler;
- // do the asynchronous processing...
- }
- // This one will be called once the job is done
- - (void)finishedEncoding
- {
- self.completionHandler();
- self.completionHandler = nil; // <- Don't forget this!
- }
- @end
在上面的代碼中，一旦編碼任務完成，就會調用complietion block，進而把引用nil掉。
如果我們發送的消息屬于一次性的(具體到某個方法的調用)，由于這樣可以打破潛在的retain環，那么使用block是非常不錯的選擇。另外，如 果為了讓代碼可讀性更強，更有連貫性，那***是使用block了。根據這個思路，block經常可以用于completion handler、error handler等。
Target-Action
Target-Action主要被用于響應用戶界面事件時所需要傳遞的消息中。iOS中的UIControl和Mac中的 NSControl/NSCell都支持這種機制。Target-Action在消息的發送者和接收者之間建立了一個非常松散耦合。消息的接收者不知道發 送者，甚至消息的發送者不需要預先知道消息的接收者。如果target是nil，action會在響應鏈(responder chain)中被傳遞，知道找到某個能夠響應該aciton的對象。在iOS中，每個控件都能關聯多個target-action。
基于target-action消息傳遞的機制有一個局限就是發送的消息不能攜帶自定義的payload。在Mac的action方法中，接收者總 是被放在***個參數中。而在iOS中，可以選擇性的將發送者和和觸發action的事件作為參數。除此之外，沒有別的辦法可以對發送action消息內容 做控制。
做出正確的選擇
根據上面討論的結果，這里我畫了一個流程圖，來幫助我們何時使用什么消息傳遞機制做出更好的決定。忠告：流程圖中的建議并非最終的答案；可能還有別的選項依然能實現目的。只不過大多數情況下此圖可以引導你做出正確的決定。
上圖中，還有一些細節需要做更近一步的解釋：
上圖中的有個盒子這樣說到：sender is KVO compliant(發送者支持compliant)。這不僅以意味著當值發生改變時，發送者會發送KVO通知，并且觀察者還需要知道發送者的生命周期。 如果發送者被存儲在一個weak屬性中，那么發送者有可能被nil掉，進而引起觀察者發生leak。
另外底部的一個盒子說到：message is direct response to method call(消息直接在方法的調用代碼中響應)。也就是說處理消息的代碼跟方法的調用代碼處于相同的地方。
***，在左下角，處于一個決策問題的判斷狀態：sender can guarantee to nil out reference to block?(發送者能夠確保nil掉到block的引用嗎？)，這實際上涉及到之前我們討論到基于block 的APIs已經潛在的retain環。使用block時，如果發送者不能保證在某個實際能夠把對block的引用nil掉，那么將會遇到retain環的 問題。
Framework示例
本節我們通過一些來自蘋果Framework的示例，來看看在實際使用某種機制之前，蘋果是處于何種原因做出選擇的。
KVO
NSOperationQueue就是lion給了KVO來觀察隊列中operation狀態屬性的改變情況(isFinished, isExecuting, isCancelled)。當狀態發生了改變，隊列會受到一個KVO通知。為什么operationqueue要是用KVO呢？
消息的接收者(operation queue)明確的知道發送者(opertation)，以及通過retain來控制operation的生命周期。另外，在這種情況下，只需要單向的消 息傳遞機制。當然，如果這樣考慮：如果operation queue只關心operation值的改變情況，可能還不足以說服大家使用KVO。但是我們至少可以這樣理解：什么機制可以對值的改變進行消息傳遞呢。
當然KVO也不是唯一的選擇。我們可以這樣設計：operation queue作為operation的delegate，operation會調用類似operationDidFinish: 或 operationDidBeginExecuting: 這樣的方法，來將它的state傳遞給queue。這樣一來，就不太方便了，因為operation需要將其state屬性保存下來，一遍調用這些 delegate方法。另外，由于queue不能主動獲取state信息，所以queue也必須保存著所有operation的state。
Notifications
Core Data使用notification來傳遞事件(例如一個managed object context內部的改變——NSManagedObjectContextDidChangeNotification)。
change notification是由managed object context發出的，所以我們不能確定消息的接收者一定知道發送者。如果消息并不是一個UI事件，而有可能多個接收者對該消息感興趣，并且消息的傳遞屬 于單向(one-way communication channel)，那么notification是***選擇。
Delegation
Table view的delegate有多種功能，從accessory view的管理，到屏幕中cell顯示的跟蹤，都與delegate的功勞。例如，我們來看看 tableView:didSelectRowAtIndexPath: 方法。為什么要以delegate調用的方式來實現？而又為啥不用target-action方式？
正如我們在流程圖中看到的一樣，使用target-action時，不能傳遞自定義的數據。而在選中table view的某個cell時，collection view不僅僅需要告訴我們有一個cell被選中了，還需要告訴我們是哪個cell被選中了(index path)。按照這樣的一種思路，那么從流程圖中可以看到應該使用delegation機制。
如果消息傳遞中，不包含選中cell的index path，而是每當選中項改變時，我們主動去table view中獲取到選中cell的相關信息，會怎樣呢？其實這會非常的麻煩，因為這樣一來，我們就必須記住當前選中項相關數據，以便獲知被選中的cell。
同理，雖然我們也可以通過觀察table view中選中項的index paths屬性值，當該值發生改變時，獲得一個選中項改變的通知。不過，我們會遇到與上面同樣的問題：不做任何記錄的話，我們如何獲知被選中項的相關信息。
Blocks
關于block的介紹，我們來看看[NSURLSession dataTaskWithURL:completionHandler:]吧。從URL loading system返回到調用者，這個過程具體是如何傳遞消息的呢？首先，作為這個API的調用者，我們知道消息的發送者，但是我們并沒有retain這個發送 者。另外，這屬于單向消息傳遞——直接調用dataTaskWithURL:方法。如果按照這樣的思路對照著流程圖，我們會發現應該使用基于block消 息傳遞的機制。
還有其它可選的機制嗎？當然有了，蘋果自己的NSURLConnection就是***的例子。NSURLConnection在block問世之前 就已經存在了，所以它并沒有利用block進行消息傳遞，而是使用delegation機制。當block出現之后，蘋果在 NSURLConnection中添加了sendAsynchronousRequest:queue:completionHandler:方法 (OSX 10.7 iOS 5)，因此如果是簡單的task，就不必在使用delegate了。
在OS X 10.9 和 iOS 7中，蘋果引入了一個非常modern的API：NSURLSession，其中使用block當做消息傳遞機制(NSURLSession仍然有一個delegate，不過是用于別的目的)。
Target-Action
Target-Action用的最明顯的一個地方就是button(按鈕)。button除了需要發送一個click事件以外，并不需要再發送別的信息了。所以Target-Action在用戶界面事件傳遞過程中，是***的選擇。
如果taget已經明確指定了，那么action消息回直接發送給指定的對象。如果taget是nil，action消息會以冒泡的方式在響應鏈中查找一個能夠處理該消息的對象。此時，我們擁有一種完全解耦的消息傳遞機制——發送者不需要知道接收者，以及其它一些信息。
Target-Action非常適用于用戶界面中的事件。目前也沒有其它合適的消息傳遞機制能夠提供同樣的功能。雖然notification最接 近這種在發送者和接收者解耦關系，但是target-action可以用于響應鏈(responder chain)——只有一個對象獲得action并作出響應，并且action可以在響應鏈中傳遞，直到遇到能夠響應該action的對象。
小結
***接觸這些機制，感覺它們都能用于兩個對象間的消息傳遞。但是仔細琢磨一番，會發現它們各自有其需求和功能。
文中給出的決策流程圖可以為我們選擇使用何種機制提供參考，不過圖中給出的方案并不是最終答案，好多地方還需要親自去實踐。
