iOS的CoreData技术详解

作者: 风海铜锣君 | 来源:发表于2021-09-25 11:33 被阅读0次

为什么写这篇文章

最近因为新项目想用到数据持久化，本来这是很简单的事情，复杂数据一般直接SQLite就可以解决了。

但是一直以来使用SQLite确实存在要自己设计数据库，处理逻辑编码，还有调试方面的种种繁琐问题。所以考虑使用iOS的Core Data方案。

上网查了一堆资料后，发现很多代码都已经是陈旧的了。甚至苹果官方文档提供的代码样例都未必是最新的Swift版本。于是萌生了自己写一篇文章来整理一遍思路的想法。尽可能让新人快速的上手，不但要知道其然，还要知道其设计的所以然，这样用起来才更得心应手。

什么是Core Data

我们写app肯定要用到数据持久化，说白了，就是把数据保存起来，app不删除的话可以继续读写。

iOS提供数据持久化的方案有很多，各自有其特定用途。

比如很多人熟知的UserDefaults，大部分时候是用来保存简单的应用配置信息；而NSKeyedArchiver可以把代码中的对象保存为文件，方便后来重新读取。

另外还有个常用的保存方式就是自己创建文件，直接在磁盘文件中进行读写。

而对于稍微复杂的业务数据，比如收藏夹，用户填写的多项表格等，SQLite就是更合适的方案了。关于数据库的知识，我这里就不赘述了，稍微有点技术基础的童鞋都懂。

Core Data比SQLite做了更进一步的封装，SQLite提供了数据的存储模型，并提供了一系列API，你可以通过API读写数据库，去处理想要处理的数据。但是SQLite存储的数据和你编写代码中的数据（比如一个类的对象）并没有内置的联系，必须你自己编写代码去一一对应。

而Core Data却可以解决一个数据在持久化层和代码层的一一对应关系。也就是说，你处理一个对象的数据后，通过保存接口，它可以自动同步到持久化层里，而不需要你去实现额外的代码。

这种 对象→持久化 方案叫 对象→关系映射（英文简称ORM)。

除了这个最重要的特性，Core Data还提供了很多有用的特性，比如回滚机制，数据校验等。

数据模型文件 - Data Model

当我们用Core Data时，我们需要一个用来存放数据模型的地方，数据模型文件就是我们要创建的文件类型。它的后缀是.xcdatamodeld。只要在项目中选 新建文件→Data Model 即可创建。

默认系统提供的命名为 Model.xcdatamodeld 。下面我依然以 Model.xcdatamodeld 作为举例的文件名。

这个文件就相当于数据库中的“库”。通过编辑这个文件，就可以去添加定义自己想要处理的数据类型。

数据模型中的“表格” - Entity

当在xcode中点击Model.xcdatamodeld时，会看到苹果提供的编辑视图，其中有个醒目的按钮Add Entity。

什么是Entity呢？中文翻译叫“实体”，但是我这里就不打算用各种翻译名词来提高理解难度了。

如果把数据模型文件比作数据库中的“库”，那么Entity就相当于库里的“表格”。这么理解就简单了。Entity就是让你定义数据表格类型的名词。

假设我这个数据模型是用来存放图书馆信息的，那么很自然的，我会想建立一个叫Book的Entity。

“属性” - Attributes

当建立一个名为Book的Entity时，会看到视图中有栏写着Attributes，我们知道，当我们定义一本书时，自然要定义书名，书的编码等信息。这部分信息叫Attributes，即书的属性。

Book的Entity：

属性名	类型
name	String
isbm	String
page	Integer32

其中，类型部分大部分是大家熟知的元数据类型，可以自行查阅。

同理，也可以再添加一个读者：Reader的Entity描述。

Reader的Entity：

属性名	类型
name	String
idCard	String

“关系” - Relationship

在我们使用Entity编辑时，除了看到了Attributes一栏，还看到下面有Relationships一栏，这栏是做什么的？

回到例子中来，当定义图书馆信息时，刚书籍和读者的信息，但这两个信息彼此是孤立的，而事实上他们存在着联系。

比如一本书，它被某个读者借走了，这样的数据该怎么存储？

直观的做法是再定义一张表格来处理这类关系。但是Core Data提供了更有效的办法 - Relationship。

从Relationship的思路来思考，当一本书A被某个读者B借走，我们可以理解为这本书A当前的“借阅者”是该读者B，而读者B的“持有书”是A。

从以上描述可以看出，Relationship所描述的关系是双向的，即A和B互相以某种方式形成了联系，而这个方式是我们来定义的。

在Reader的Relationship下点击+号键。然后在Relationship栏的名字上填borrow，表示读者和书的关系是“借阅”，在Destination栏选择Book，这样，读者和书籍的关系就确立了。

对于第三栏，Inverse，却没有东西可以填，这是为什么？

因为我们现在定义了读者和书的关系，却没有定义书和读者的关系。记住，关系是双向的。

就好比你定义了A是B的父亲，那也要同时去定义B是A的儿子一个道理。计算机不会帮我们打理另一边的联系。

理解了这点，我们开始选择Book的一栏，在Relationship下添加新的borrowBy，Destination是Reader，这时候点击Inverse一栏，会发现弹出了borrow，直接点上。

这是因为我们在定义Book的Relationship之前，我们已经定义了Reader的Relationship了，所以电脑已经知道了读者和书籍的关系，可以直接选上。而一旦选好了，那么在Reader的Relationship中，我们会发现Inverse一栏会自动补齐为borrowBy。因为电脑这时候已经完全理解了双方的关系，自动做了补齐。

“一对一”和“一对多” - to one和to many

我们建立Reader和Book之间的联系的时候，发现他们的联系逻辑之间还漏了一个环节。

假设一本书被一个读者借走了，它就不能被另一个读者借走，而当一个读者借书时，却可以借很多本书。

也就是说，一本书只能对应一个读者，而一个读者却可以对应多本书。

这就是一对一→to one 和一对多→to many 。

Core Data允许我们配置这种联系，具体做法就是在RelationShip栏点击对应的关系栏，它将会出现在右侧的栏目中。（栏目如果没出现可以在xcode右上角的按钮调出，如果点击后栏目没出现Relationship配置项，可以多点击几下，这是xcode的小bug）。

在Relationship的配置项里，有一项项名为Type，点击后有两个选项，一个是To One（默认值），另一个就是To Many了。

Core Data框架的主仓库 - NSPersistentContainer

当我们配置完Core Data的数据类型信息后，我们并没有产生任何数据，就好比图书馆已经制定了图书的规范 - 一本书应该有名字、isbm、页数等信息，规范虽然制定了，却没有真的引进书进来。

那么怎么才能产生和处理数据呢，这就需要通过代码真刀真枪的和Core Data打交道了。

由于Core Data的功能较为强大，必须分成多个类来处理各种逻辑，一次性学习多个类是不容易的，还容易混淆，所以后续我会分别一一列出。

要和这些各司其职的类打交道，我们不得不提第一个要介绍的类，叫NSPersistentContainer，因为它就是存放这多个类成员的“仓库类”。

这个NSPersistentContainer，就是我们通过代码和Core Data打交道的第一个目标。它存放着几种让我们和Core Data进行业务处理的工具，当我们拿到这些工具之后，就可以自由的访问数据了。所以它的名字 - Container 蕴含着的意思，就是仓库、容器、集装箱。

进入正式的代码编写的第一步，我们先要在使用Core Data框架的swift文件开头引入这个框架：

import CoreData

早期，在iOS 10之前，还没有NSPersistentContainer这个类，所以Core Data提供的几种各司其职的工具，我们都要写代码一一获得，写出来的代码较为繁琐，所以NSPersistentContainer并不是一开始就有的，而是苹果框架设计者逐步优化出来的较优设计。

NSPersistentContainer的初始化

在新建的UIKIT项目中，找到我们的AppDelegate类，写一个成员函数（即方法，后面我直接用函数这个术语替代）：

private func createPersistentContainer() {
    let container = NSPersistentContainer(name: "Model")
}

这样，NSPersistentContainer类的建立就完成了，其中"Model"字符串就是我们建立的Model.xcdatamodeld文件。但是输入参数的时候，我们不需要（也不应该）输入.xcdatamodeld后缀。

当我们创建了NSPersistentContainer对象时，仅仅完成了基础的初始化，而对于一些性能开销较大的初始化，比如本地持久化资源的加载等，都还没有完成，我们必须调用NSPersistentContainer的成员函数loadPersistentStores来完成它。

private func createPersistentContainer() {
    let container = NSPersistentContainer(name: "Model")
    container.loadPersistentStores { (description, error) in
        if let error = error {
            fatalError("Error: \(error)")
        }
        print("Load stores success")
    }
}

从代码设计的角度看，为什么NSPersistentContainer不直接在构造函数里完成数据库的加载？这就涉及到一个面向对象的开发原则，即构造函数的初始化应该是（原则上）倾向于原子级别，即简单的、低开销内存操作，而对于性能开销大的，内存之外的存储空间处理（比如磁盘，网络），应尽量单独提供成员函数来完成。这样做是为了避免在构造函数中出错时错误难以捕捉的问题。

表格属性信息的提供者 - NSManagedObjectModel

现在我们已经持有并成功初始化了Core Data的仓库管理者NSPersistentContainer了，接下去我们可以使用向这个管理者索取信息了，我们已经在模型文件里存放了读者和书籍这两个Entity了，如何获取这两个Entity的信息？

这就需要用到NSPersistentContainer的成员，即managedObjectModel，该成员就是标题所说的NSManagedObjectModel类型。

为了讲解NSManagedObjectModel能提供什么，我通过以下函数来提供说明：

private func parseEntities(container: NSPersistentContainer) {
    let entities = container.managedObjectModel.entities
    print("Entity count = \(entities.count)\n")
    for entity in entities {
        print("Entity: \(entity.name!)")
        for property in entity.properties {
            print("Property: \(property.name)")
        }
        print("")
    }
}

为了执行上面这个函数，需要修改createPersistentContainer，在里面调用parseEntities：

private func createPersistentContainer() {
    let container = NSPersistentContainer(name: "Model")
    container.loadPersistentStores { (description, error) in
        if let error = error {
            fatalError("Error: \(error)")
        }
        
        self.parseEntities(container: container)
    }
}

在这个函数里，我们通过NSPersistentContainer获得了NSManagedObjectModel类型的成员managedObjectModel，并通过它获得了文件Model.xcdatamodeld中我们配置好的Entity信息，即图书和读者。

由于我们配置了两个Entity信息，所以运行正确的话，打印出来的第一行应该是Entity count = 2。

container的成员managedObjectModel有一个成员叫entities，它是一个数组，这个数组成员的类型叫NSEntityDescription，这个类名一看就知道是专门用来处理Entity相关操作的，这里就没必要多赘述了。

示例代码里，获得了entity数组后，打印entity的数量，然后遍历数组，逐个获得entity实例，接着遍历entity实例的properties数组，该数组成员是由类型NSPropertyDescription的对象组成。

关于名词Property，不得不单独说明下，学习一门技术最烦人的事情之一就是理解各种名词，毕竟不同技术之间名词往往不一定统一，所以要单独理解一下。

在Core Data的术语环境下，一个Entity由若干信息部分组成，之前已经提过的Entity和Relationship就是了。而这些信息用术语统称为property。NSPropertyDescription看名字就能知道，就是处理property用的。

只要将这一些知识点梳理清楚了，接下去打印的内容就不难懂了：

Entity count = 2

Entity: Book
Property: isbm
Property: name
Property: page
Property: borrowedBy

Entity: Reader
Property: idCard
Property: name
Property: borrow

我们看到，打印出来我们配置的图书有4个property，最后一个是borrowedBy，明显这是个Relationship，而前面三个都是Attribute，这和我刚刚对property的说明是一致的。

Entity对应的类

开篇我们就讲过，Core Data是一个 对象-关系映射 持久化方案，现在我们在Model.xcdatamodeld已经建立了两个Entity，那么如果在代码里要操作他们，是不是会有对应的类？

答案是确实如此，而且你还不需要自己去定义这个类。

如果你点击Model.xcdatamodeld编辑窗口中的Book这个Entity，打开右侧的属性面板，属性面板会给出允许你编辑的关于这个Entity的信息，其中Entity部分的Name就是我们起的名字Book，而下方还有一个Class栏，这一栏就是跟Entity绑定的类信息，栏目中的Name就是我们要定义的类名，默认它和Entity的名字相同，也就是说，类名也是Book。所以改与不改，看个人思路以及团队的规范。

所有Entity对应的类，都继承自NSManagedObject。

为了检验这一点，我们可以在代码中编写这一行作为测试：

var book: Book! // 纯测验代码，无业务价值

如果写下这一行编译通过了，那说明开发环境已经给我们生成了Book这个类，不然它就不可能编译通过。

测试结果，完美编译通过。说明不需要我们自己编写，就可以直接使用这个类了。

关于类名，官方教程里一般会把类名更改为Entity名 + MO，比如我们这个Entity名为Book，那么如果是按照官方教程的做法，可以在面板中编辑Class的名字为BookMO，这里MO大概就是Model Object的简称吧。

但是我这里为简洁起见，就不做任何更改了，Entity名为Book，那么类名也一样为Book。

另外，你也可以自己去定义Entity对应的类，这样有个好处是可以给类添加一些额外的功能支持，这部分Core Data提供了编写的规范，但是大部分时候这个做法反而会增加代码量，不属于常规操作。

数据业务的操作员 - NSManagedObjectContext

接下来我们要隆重介绍NSPersistentContainer麾下的一名工作任务最繁重的大将，成员viewContext，接下去我们和实际数据打交道，处理增删查改这四大操作，都要通过这个成员才能进行。

viewContext成员的类型是NSManagedObjectContext。

NSManagedObjectContext，顾名思义，它的任务就是管理对象的上下文。从创建数据，对修改后数据的保存，删除数据，修改，五一不是以它为入口。

从介绍这个成员开始，我们就正式从 定义数据 的阶段，正式进入到 产生和操作数据 的阶段。

数据的插入 - NSEntityDescription.insertNewObject

梳理完前面的知识，就可以正式踏入数据创建的学习了。

这里，我们先尝试创建一本图书，用一个createBook函数来进行。示例代码如下：

private func createBook(container: NSPersistentContainer,
                        name: String, isbm: String, pageCount: Int) {
    let context = container.viewContext
    let book = NSEntityDescription.insertNewObject(forEntityName: "Book",
                                                    into: context) as! Book
    book.name = name
    book.isbm = isbm
    book.page = Int32(pageCount)
    if context.hasChanges {
        do {
            try context.save()
            print("Insert new book(\(name)) successful.")
        } catch {
            print("\(error)")
        }
    }
}

在这个代码里，最值得关注的部分就是NSEntityDescription的静态成员函数insertNewObject了，我们就是通过这个函数来进行所要插入数据的创建工作。

insertNewObject对应的参数forEntityName就是我们要输入的Entity名，这个名字当然必须是我们之前创建好的Entity有的名字才行，否则就出错了。因为我们要创建的是书，所以输入的名字就是Book。

而into参数就是我们的处理增删查改的大将NSManagedObjectContext类型。

insertNewObject返回的类型是NSManagedObject，如前所述，这是所有Entity对应类的父类。因为我们要创建的Entity是Book，我们已经知道对应的类名是Book了，所以我们可以放心大胆的把它转换为Book类型。

接下来我们就可以对Book实例进行成员赋值，我们可以惊喜的发现Book类的成员都是我们在Entity表格中编辑好的，真是方便极了。

那么问题来了，当我们把Book编辑完成后，是不是这个数据就完成了持久化了，其实不是的。

这里要提一下Core Data的设计理念：懒原则。Core Data框架之下，任何原则操作都是内存级的操作，不会自动同步到磁盘或者其他媒介里，只有开发者主动发出存储命令，才会做出存储操作。这么做自然不是因为真的很懒，而是出于性能考虑。

为了真的把数据保存起来，首先我们通过context(即NSManagedObjectContext成员)的hasChanges成员询问是否数据有改动，如果有改动，就执行context的save函数。（该函数是个会抛异常的函数，所以用do→catch包裹起来）。

至此，添加书本的操作代码就写完了。接下来我们把它放到合适的地方运行。

我们对createPersistentContainer稍作修改：

private func createPersistentContainer() {
    let container = NSPersistentContainer(name: "Model")
    container.loadPersistentStores { (description, error) in
        if let error = error {
            fatalError("Error: \(error)")
        }
        
        //self.parseEntities(container: container)
        self.createBook(container: container,
                        name: "算法（第4版）",
                        isbm: "9787115293800",
                        pageCount: 636)
    }
}

运行项目，会看到如下打印输出：

Insert new book(算法（第4版）) successful.

至此，书本的插入工作顺利完成！

因为这个示例没有去重判定，如果程序运行两次，那么将会插入两条书名都为"算法（第4版）"的book记录。

数据的获取

有了前面基础知识的铺垫，接下去的例子只要 记函数 就成了，读取的示例代码：

private func readBooks(container: NSPersistentContainer) {
    let context = container.viewContext
    let fetchBooks = NSFetchRequest<Book>(entityName: "Book")
    do {
        let books = try context.fetch(fetchBooks)
        print("Books count = \(books.count)")
        for book in books {
            print("Book name = \(book.name!)")
        }
    } catch {
        
    }
}

处理数据处理依然是我们的数据操作主力context，而处理读取请求配置细节则是交给一个专门的类，NSFetchRequest来完成，因为我们处理读取数据有各种各样的类型，所以Core Data设计了一个泛型模式，你只要对NSFetchRequest传入对应的类型，比如Book，它就知道应该传回什么类型的对应数组，其结果是，我们可以通过Entity名为Book的请求直接拿到Book类型的数组，真是很方便。

打印结果：

Books count = 1
Book name = 算法（第4版）

数据获取的条件筛选 - NSPredicate

通过NSFetchRequest我们可以获取所有的数据，但是我们很多时候需要的是获得我们想要的特定的数据，通过条件筛选功能，可以实现获取出我们想要的数据，这时候需要用到NSFetchRequest的成员predicate来完成筛选，如下所示，我们要找书名叫 算法（第4版） 的书。

在新的代码示例里，我们在之前实现的readBooks函数代码里略作修改：

private func readBooks(container: NSPersistentContainer) {
    let context = container.viewContext
    let fetchBooks = NSFetchRequest<Book>(entityName: "Book")
    fetchBooks.predicate = NSPredicate(format: "name = \"算法（第4版）\"")
    do {
        let books = try context.fetch(fetchBooks)
        print("Books count = \(books.count)")
        for book in books {
            print("Book name = \(book.name!)")
        }
    } catch {
        print("\(error)")
    }
}

通过代码：

fetchBooks.predicate = NSPredicate(format: "name = \"算法（第4版）\"")

我们从书籍中筛选出书名为 算法（第4版） 的书，因为我们之前已经保存过这本书，所以可以正确筛选出来。

筛选方案还支持大小对比，如

fetchBooks.predicate = NSPredicate(format: "page > 100")

这样将筛选出page数量大于100的书籍。

数据的修改

当我们要修改数据时，比如说我们要把 isbm = "9787115293800" 这本书书名修改为 算法（第5版） ，可以按照如下代码示例：

let context = container.viewContext
let fetchBooks = NSFetchRequest<Book>(entityName: "Book")
fetchBooks.predicate = NSPredicate(format: "isbm = \"9787115293800\"")
do {
    let books = try context.fetch(fetchBooks)
    if !books.isEmpty {
        books[0].name = "算法（第5版）"
        if context.hasChanges {
            try context.save()
            print("Update success.")
        }
    }
} catch {
    print("\(error)")
}

在这个例子里，我们遵循了 读取→修改→保存 的思路，先拿到筛选的书本，然后修改书本的名字，当名字被修改后，context将会知道数据被修改了，这时候判断数据是否被修改（实际上不需要判断我们也知道被修改了，只是出于编码规范加入了这个判断），如果被修改，就保存数据，通过这个方式，成功更改了书名。

数据的删除

数据的删除依然遵循 读取→修改→保存 的思路，找到我们想要的思路，并且删除它。删除的方法是通过context的delete函数。

以下例子中，我们删除了所有 isbm="9787115293800" 的书籍：

let context = container.viewContext
let fetchBooks = NSFetchRequest<Book>(entityName: "Book")
fetchBooks.predicate = NSPredicate(format: "isbm = \"9787115293800\"")
do {
    let books = try context.fetch(fetchBooks)
    for book in books {
        context.delete(books[0])
    }
    if context.hasChanges {
        try context.save()
    }
} catch {
    print("\(error)")
}

扩展和进阶主题的介绍

如果跟我一步步走到这里，那么关于Core Data的基础知识可以说已经掌握的差不多了。
当然了，这部分基础对于日常开发已经基本够用了。

关于Core Data开发的进阶部分，我在这里简单列举一下：

Relationship部分的开发，事实上通过之前的知识可以独立完成。
回滚操作，相关类：UndoManager。
Entity的Fetched Property属性。
多个context一起操作数据的冲突问题。
持久化层的管理，包括迁移文件地址，设置多个存储源等。

以上诸个主题都可以自己进一步探索，不在这篇文章的讲解范围。不过后续不排除会单独出文探索。

结语

Core Data在圈内是比较出了名的“不好用”的框架，主要是因为其抽象的功能和机制较为不容易理解。本文已经以最大限度的努力试图从设计的角度去阐述该框架，希望对你有所帮助。

引用：https://developer.apple.com/documentation/coredata