iOS底层系列31 -- Notification的底层原理

作者: YanZi_33 | 来源:发表于2022-03-12 19:04 被阅读0次

关于NSNotification通知的源码下载地址点击这里

image.png

iOS中通知的使用步骤，主要分为两个步骤：
- 第一步：在通知中心注册通知；
- 第二步：通知中心调用post函数，发送通知，观察者接受到通知执行回调函数，实现如下：

#import "ViewController.h"

@interface ViewController ()

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    self.view.backgroundColor = [UIColor redColor];
    //第一步：注册通知
    [[NSNotificationCenter defaultCenter] addObserver:self selector:@selector(receiveNotification:) name:@"YanZi" object:nil];
}

//接受到通知，执行回调
- (void)receiveNotification:(NSNotification *)notification {
    NSString *str = notification.userInfo[@"data"];
    NSLog(@"%@",str);
}

//第二步：发送通知
- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    [[NSNotificationCenter defaultCenter] postNotificationName:@"YanZi" object:nil userInfo:@{@"data":@"yanzi"}];
}
@end

注册通知部分

调用addObserver:selector:name: object: 向通知中心NSNotificationCenter注册观察者，观察者接收到通知后执行任务的代码(selector)在发送通知的线程中执行；
调用addObserverForName:object: queue: usingBlock: 向通知中心NSNotificationCenter注册观察者，观察者接受到通知后执行任务的代码在指定的操作队列中执行；
上述两种方法，底层实现都会会创建一个Observation对象，Observation的结构体如下所示：

typedef struct  Obs {
  id        observer;   //接受消息的对象
  SEL       selector;    //回调方法
  struct Obs    *next;      //下一个Obs的节点指针
  int       retained;  //引用计数
  struct NCTbl  *link;      /* Pointer back to chunk table  */
} Observation;

Observation结构体内部有一个observer成员，即观察者也就是接受消息的对象；
addObserver:selector:name: object:的源码实现如下：

- (void)addObserver:(id)observer selector:(SEL)selector name:(NSString*)name object:(id)object {
  Observation   *list;
  Observation   *o;
  GSIMapTable   m;
  GSIMapNode    n;
 
  //入参的异常检测......
  
  //保证线程安全
  lockNCTable(TABLE);

  o = obsNew(TABLE, selector, observer);
  //通知名称存在时
  if (name){
      //NAMED是一个哈希表 根据name 取出节点node
      n = GSIMapNodeForKey(NAMED, (GSIMapKey)(id)name);
      if (n == 0){
         //节点为空 创建maptable
         m = mapNew(TABLE);
         name = [name copyWithZone: NSDefaultMallocZone()];
         //将 maptable与name 以键值对的形式 存入NAMED哈希表中
         GSIMapAddPair(NAMED, (GSIMapKey)(id)name, (GSIMapVal)(void*)m);
         GS_CONSUMED(name)
      }else{
         m = (GSIMapTable)n->value.ptr;
      }
      //以object为key 在maptable哈希表中获取指定节点
      n = GSIMapNodeForSimpleKey(m, (GSIMapKey)object);
      if (n == 0){
         o->next = ENDOBS;
         //若节点为空 将object与Observation 以键值对的形式 存入maptable哈希表中
         GSIMapAddPair(m, (GSIMapKey)object, (GSIMapVal)o);
      }else{
         //若节点存在 将Observer添加到Observation单链表中
         list = (Observation*)n->value.ptr;
         o->next = list->next;
         list->next = o;
      }
  }else if (object){
      //name为空 以object为key 从NAMELESS哈希表中取出 节点
      n = GSIMapNodeForSimpleKey(NAMELESS, (GSIMapKey)object);
      if (n == 0){
          o->next = ENDOBS;
          //节点不存在 以object与observation为键值对 存入NAMELESS哈希表中
          GSIMapAddPair(NAMELESS, (GSIMapKey)object, (GSIMapVal)o);
      }else{
          //节点存在 将将Observer添加到Observation单链表中
          list = (Observation*)n->value.ptr;
          o->next = list->next;
          list->next = o;
      }
  }else{
      //当name与object都不存在的情况下 将Observation添加到WILDCARD单链表中
      o->next = WILDCARD;
      WILDCARD = o;
  }
  unlockNCTable(TABLE);
}

在阐述执行逻辑之间，首先介绍observer对象是怎么进行存储的；
首先有一个named哈希表，当传入的通知name有值时，observer观察者最终会存储这个named的哈希表中，其结构如下所示：
image.png
可以看到name是通知名称，其与maptable组成键值对存储到named哈希表中，而maptable也是一个哈希表，其存储的是object与observation的键值对，observation可以看成是observer观察者；
其次还有一个nameless哈希表，当传入的通知名称为空时，observer观察者最终会存储在nameless哈希表中，其结构如下：
image.png
添加通知观察者的基本逻辑如下：
首先，根据入参selector和observer封装成一个Observation对象；
其次判断通知名称name是否存在；
- 若通知名称name存在时，首先将name与maptable以键值对的形式添加到named哈希表中，然后将Observation与object以键值对的形式添加到maptable哈希表中；
- 若通知名称name不存在，object存在时，最终将Observation与object以键值对的形式添加到nameless哈希表中；
- 若通知名称name不存在，object也不存在时，将Observation添加到WILDCARD链表中；
上述的逻辑关系见下图所示：

image.png

发送通知部分

调用postNotificationName: object:userInfo:方法，源码如下：

- (void)postNotificationName:(NSString*)name object:(id)object userInfo:(NSDictionary*)info{
  GSNotification *notification;
  notification = (id)NSAllocateObject(concrete, 0, NSDefaultMallocZone());
  notification->_name = [name copyWithZone: [self zone]];
  notification->_object = [object retain];
  notification->_info = [info retain];
  [self _postAndRelease: notification];
}

内部调用_postAndRelease:函数，实现如下：

- (void) _postAndRelease: (NSNotification*)notification{
  Observation   *o;
  unsigned  count;
  NSString  *name = [notification name];
  id        object;
  GSIMapNode    n;
  GSIMapTable   m;
  GSIArrayItem  i[64];
  GSIArray_t    b;
  GSIArray  a = &b;
  //...
  object = [notification object];
  GSIArrayInitWithZoneAndStaticCapacity(a, _zone, 64, i);
  lockNCTable(TABLE);
  //当name与object均不存在时，遍历WILDCARD链表中的observation对象 添加到数组a中
  for (o = WILDCARD = purgeCollected(WILDCARD); o != ENDOBS; o = o->next){
      GSIArrayAddItem(a, (GSIArrayItem)o);
  }
  //当name不存在，但object存在时，遍历NAMELESS哈希表，将所有observation对象 添加到数组a中
  if (object){
      n = GSIMapNodeForSimpleKey(NAMELESS, (GSIMapKey)object);
      if (n != 0){
      o = purgeCollectedFromMapNode(NAMELESS, n);
      while (o != ENDOBS){
          GSIArrayAddItem(a, (GSIArrayItem)o);
          o = o->next;
      }
     }
   }
  //当name存在时 遍历NAMED哈希表，将所有observation对象 添加到数组a中
  if (name){
      n = GSIMapNodeForKey(NAMED, (GSIMapKey)((id)name));
      if (n){
         m = (GSIMapTable)n->value.ptr;
      }else{
         m = 0;
      }
      if (m != 0){
         n = GSIMapNodeForSimpleKey(m, (GSIMapKey)object);
         if (n != 0){
          o = purgeCollectedFromMapNode(m, n);
          while (o != ENDOBS){
            GSIArrayAddItem(a, (GSIArrayItem)o);
            o = o->next;
          }
        }

        if (object != nil){
          n = GSIMapNodeForSimpleKey(m, (GSIMapKey)nil);
          if (n != 0){
              o = purgeCollectedFromMapNode(m, n);
              while (o != ENDOBS){
                GSIArrayAddItem(a, (GSIArrayItem)o);
                o = o->next;
            }
          }
        }
      }
  }
  unlockNCTable(TABLE);
  //遍历a数组 获取所有Observation中的observe对象 然后通过调用performSelector: 让观察者去调用selector方法(通知回调方法)
  count = GSIArrayCount(a);
  while (count-- > 0){
      o = GSIArrayItemAtIndex(a, count).ext;
      if (o->next != 0){
          NS_DURING{
              //观察者去调用selector方法(通知回调方法)
              [o->observer performSelector: o->selector withObject: notification];
          }
          //...
       }
  }
  lockNCTable(TABLE);
  GSIArrayEmpty(a);
  unlockNCTable(TABLE);
  RELEASE(notification);
}

从WILDCARD链表中，named哈希表中，nameless哈希表中获取Observation对象存储到数组GSIArray中；
然后遍历GSIArray数组，取出observer对象，执行selector通知回调方法；

面试题一：针对addObserver方法，当name为nil，object不为nil时，能否执行通知回调，若name与object都为nil时，发送通知时会发生什么？

首先name为nil，object不为nil，Observation会被存储到nameless哈希表中，发送通知时会取出observer执行通知回调selector方法；
其次name与object均为nil时，Observation会被存储到wildcard链表中，它会监听所有通知的回调；

面试题二：NSNotification发送是同步的还是异步的？如何实现异步发送通知？

所谓通知的同步是指：通知中心发送通知后需要等待观察者处理完成消息后再继续执行下面的逻辑；
NSNotification发送默认是同步的，代码实现如下：

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    //第一步：注册通知
    [[NSNotificationCenter defaultCenter] addObserver:self selector:@selector(receiveNotification:) name:@"111" object:nil];
}

//接受到通知，执行回调
- (void)receiveNotification:(NSNotification *)notification {
    NSLog(@"%@",[NSThread currentThread]);
    NSLog(@"收到通知");
    sleep(3);
}

//第二步：发送通知
- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    [[NSNotificationCenter defaultCenter] postNotificationName:@"111" object:nil userInfo:@{@"data":@"发送通知"}];
    NSLog(@"通知发送完毕");
}
@end

控制台执行结果如下：

image.png

实现异步发送通知，方式一：让通知回调方法在子线程中执行，实现如下：

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    //第一步：注册通知
    [[NSNotificationCenter defaultCenter] addObserver:self selector:@selector(receiveNotification:) name:@"111" object:nil];
}

//接受到通知，执行回调
- (void)receiveNotification:(NSNotification *)notification {
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
        NSLog(@"%@",[NSThread currentThread]);
        NSLog(@"收到通知");
        sleep(3);
    });
}

//第二步：发送通知
- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    [[NSNotificationCenter defaultCenter] postNotificationName:@"111" object:nil userInfo:@{@"data":@"发送通知"}];
    NSLog(@"通知发送完毕");
    NSLog(@"%@",[NSThread currentThread]);
}
@end

控制台调试结果如下：

image.png

实现异步发送通知，方式二：可以通过NSNotificationQueue的enqueueNotification: postingStyle:和enqueueNotification: postingStyle: coalesceMask: forModes:方法，将通知放入队列，实现异步发送，在把通告放入队列之后，这些方法会立即将控制权返回给调用对象，实现如下：

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    //第一步：注册通知
    [[NSNotificationCenter defaultCenter] addObserver:self selector:@selector(receiveNotification:) name:@"111" object:nil];
}

//接受到通知，执行回调
- (void)receiveNotification:(NSNotification *)notification {
    NSLog(@"%@",[NSThread currentThread]);
    NSLog(@"收到通知");
    sleep(3);
}

//第二步：发送通知
- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    NSNotification *notification = [NSNotification notificationWithName:@"111" object:nil];
    [[NSNotificationQueue defaultQueue] enqueueNotification:notification postingStyle:NSPostWhenIdle];
    NSLog(@"通知发送完毕");
    NSLog(@"%@",[NSThread currentThread]);
}
@end

控制台调试结果如下：

image.png

面试题三：NSNotificationQueue与RunLoop之间的关系？

NSNotificationQueue需依赖RunLoop才能成功触发通知若子线程中不创建RunLoop是无法触发通知回调的，代码实现如下：

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    //第一步：注册通知
    [[NSNotificationCenter defaultCenter] addObserver:self selector:@selector(receiveNotification:) name:@"111" object:nil];
}

//接受到通知，执行回调
- (void)receiveNotification:(NSNotification *)notification {
    NSLog(@"%@",[NSThread currentThread]);
    NSLog(@"收到通知");
    sleep(3);
}

//第二步：发送通知
- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    //NSNotificationQueue依赖RunLoop才能成功触发通知 否则接收不到回调
    //子线程的runLoop需主动获取
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
        NSNotification *notification = [NSNotification notificationWithName:@"111" object:nil];
        [[NSNotificationQueue defaultQueue] enqueueNotification:notification postingStyle:NSPostWhenIdle];
        [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:[[NSPort alloc]init] forMode:NSRunLoopCommonModes];
        [[NSRunLoop currentRunLoop] run];
    });
}
@end

面试题四：页面销毁时不移除通知会崩溃么？多次添加同一个通知会怎样？多次移除同一个通知会怎样？

页面销毁时不移除通知，在iOS9之前会导致崩溃，在iOS9之后不会导致崩溃，weak指针；
多次添加同一个通知，由于底层源码未作过滤处理，那么发送通知时会触发多次回调；
多次移除同一个通知，不会有什么影响；

iOS底层系列31 -- Notification的底层原理

注册通知部分

发送通知部分

面试题一：针对addObserver方法，当name为nil，object不为nil时，能否执行通知回调，若name与object都为nil时，发送通知时会发生什么？

面试题二：NSNotification发送是同步的还是异步的？如何实现异步发送通知？

面试题三：NSNotificationQueue与RunLoop之间的关系？

面试题四：页面销毁时不移除通知会崩溃么？多次添加同一个通知会怎样？多次移除同一个通知会怎样？

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