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思考CATransaction是如何捕获layer变化的代码设计

背景

UIView实际是一个复合类型,CALayer是它内部实际承担绘制显示任务的部分。

当一个view的图层(layer)属性发生变化的时候,系统是如何知道要去重新渲染这个图层呢?比如修改背景色:_testLayer.backgroundColor = [UIColor blueColor].CGColor;

  • CATransaction会捕获CALayer的变化,包括任何的渲染属性,把这些都提交到一个中间态
  • 然后在当前Runloop进入休眠或结束前,会发出Observer 消息。这是一种runloop消息类型,跟通知的方式类似,会通知观察者,这时Core Animation会把这些CALayer的变化提交给GPU绘制

所以问题的核心就是CATransaction怎么捕获layer变化的。

就像下面这样,包含在begincommit内部的变化会被捕获。

    [CATransaction begin];
    _testLayer.backgroundColor = [UIColor blueColor].CGColor;
    [CATransaction commit];
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至于主线程里直接修改layer为什么也可以,是因为

Core Animation supports two types of transactions: implicit transactions and explicit transactions. Implicit transactions are created automatically when the layer tree is modified by a thread without an active transaction and are committed automatically when the thread's runloop next iterates

隐式的事务(Implicit transactions)会在图层树的修改的时候自动创建,并且在下一次runloop迭代的时候提交。而主线程有一个自动开启的runloop,所以即使不写CATransaction代码也会起作用。

真正问题

但我这篇文章关心并不是CATransaction、CoreAnimation或runloop的机制问题,而是为什么被夹在[CATransaction begin];[CATransaction commit];为什么能够被CATransaction抓到,我关心是的是代码设计上的问题。

其实这种代码句式有很多地方用到:

    @autoreleasepool {
        __autoreleasing UIButton *button = [[UIButton alloc] initWithFrame:(CGRectMake(30, 100, 100, 30))];
    }
复制代码
    @synchronized (self) {
        //资源操作
    }
复制代码
[UIView beginAnimations:@"" context:nil];
    //动画内容
[UIView commitAnimations];
复制代码

作为对比的反例是UITableView的更新:

    UITableView *_tableview;
    
    [_tableview beginUpdates];
    [_tableview deleteSections:[NSIndexSet indexSetWithIndex:1] withRowAnimation:(UITableViewRowAnimationAutomatic)];
    [_tableview endUpdates];
复制代码

tableview这个和前面的有什么区别? 虽然它们都是前后包裹的一段代码这样的格式,但是tableview这个是针对一个对象的,而前面的3个是没有指定对象或变量的。

先猜测一下[_tableview beginUpdates];的逻辑:

在调用deleteSections之类的方法时本来会立即起作用的,但是在beginUpdates内部就不会,那么用一个检查就可以达到效果。deleteSections这类更新方法的时候,先检查是否在begin和end之间,是就不处理,否则就处理。

而到[UIView beginAnimations:@"" context:nil];这里,你根本没有指定是哪个view的动画,它是怎么怎么把内部的动画打包的呢?

我的猜测

首先没有绑定某个对象或变量,但是它要存储信息,那么肯定是用了某种全局性的东西,比如全局变量,或者UIApplication唯一的,或者当前线程唯一的。

用这个全局的变量来存储,对于像下面这样的代码

    [CATransaction begin];
    _testLayer.backgroundColor = [UIColor blueColor].CGColor;
    [CATransaction commit];
复制代码

可以猜测它实际是这样的:

    //生成一个新的事务并返回
    [CATransaction newTransaction];
    
    {   //这一段是layer修改背景色内部的逻辑
        setBackgroundColor{
            
            //获取当前的CATransaction,并把修改提供给它
            CATransaction *currentTrans = [CATransaction getCurrentTransaction];
            [currentTrans addLayerChange:self forKey:@"backgroundColor"];
        }
    }
    
    //提交layer变化并移除当前的事务
    [CATransaction commitLayerChanges];
    [CATransaction removeCurrentTransaction];
复制代码

也就是只要维持一个当前正确的CATransaction就正确了。

但是考虑到CATransaction是可以嵌套的,那么就有这样的过程:事务1-->事务2开启-->layer修改-->事务2提交结束-->回到事务1。

这种一看就很符合栈的行为,所以可以使用一个全局的栈来管理CATransaction:

  • begin的时候,新建一个CATransaction,push放到栈顶
  • 然后获取当前CATransaction的时候呢,就取栈顶元素就可以
  • commit的时候,pop栈顶元素。并且把layer的变化提交。

验证想法

因为CATransaction的代码看不到,没法验证逻辑,但是autoreleasepool的代码是可以看的,因为OC的一些源码都开源了,这是地址

  • 首先@autoreleasepool {xxx}会被解析成:
void *context = objc_autoreleasePoolPush();
// {}中的代码
objc_autoreleasePoolPop(context);
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看这个样式,跟CATransaction是一样的,{}的结构其实只是编译器的作用,其实还是前后一段代码。

  • 然后先看push:
void *
objc_autoreleasePoolPush(void)
{
    return AutoreleasePoolPage::push();
}
复制代码
    static inline void *push() 
    {
        id *dest;
        if (DebugPoolAllocation) {
            // Each autorelease pool starts on a new pool page.
            dest = autoreleaseNewPage(POOL_BOUNDARY);
        } else {
            dest = autoreleaseFast(POOL_BOUNDARY);
        }
        assert(dest == EMPTY_POOL_PLACEHOLDER || *dest == POOL_BOUNDARY);
        return dest;
    }
复制代码

push的代码里有个DebugPoolAllocation引起分支:

  • autoreleaseNewPage这个干的事就是:新建一个AutoreleasePoolPage,把它作为hotPage然后把POOL_BOUNDARY这条数据加入这个新的page
  • 而autoreleaseFast就是直接在当前的hotPage里加入POOL_BOUNDARY这条数据

所以这里有几个问题:

  1. AutoreleasePoolPage是啥?

正如它的名字page,它就相当于笔记本里的一页纸,它保存了许多个对象,这些对象都是加入到自动释放池的那些。然后等一个page满了,就开一个新的page,然后通过parent和child指针连接:

    AutoreleasePoolPage * const parent;
    AutoreleasePoolPage *child;
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所以说它就是一个双链表的结构,每一个节点保存了若干的释放池对象。

AutoreleasePoolPage结构示意图

  1. hotPage是啥? hotPage就是当前最新的一个page,它还有空间,可以继续存储对象。所以在push时,都是把内容加入到hotPage。

  2. POOL_BOUNDARY的作用 这个东西至关重要,从上面的结构里可以看出,当我开启一个新的自动释放池的时候,并没有开启一个新的对象,就得释放池和新的释放池是在同一个AutoreleasePoolPage的双链表里。

那么我要怎么区分哪些对象是当前的自动释放池里的呢?

就是用POOL_BOUNDARY这个东西,它就是用来确定边界的,它左边和右边不是同一个自动释放池。看上面的示意图里的(1)和(2)的位置。比如第二个page还有一部分空间,这时开启了一个新的自动释放,那么就是在(1)的这部分空间最顶上插入一个POOL_BOUNDARY作为标识,这样之后的内存就是属于新的释放池了。

而push里因为DebugPoolAllocation造成的两种不同结果,只是开启一个新的释放池的时候是直接在下一个空位加入标识,还是另建立一个page再插入标识,也就是位置(1)和(2)的区别。

  • 在pop的时候,会把当前的hotPage的数据一致删,删到最新的标志位,也就是开启释放池的时候插入的POOL_BOUNDARY位置。

所以流程就是:

  • 开启自动释放池:在AutoreleasePoolPage的双链表里加入一个POOL_BOUNDARY标识
  • 对象调用autoRelease或者标记__autoreleasing就会被push到当前的hotPage里
  • 自动释放池结束:AutoreleasePoolPage的双链表把对象一个个释放,直到POOL_BOUNDARY标识

结论

Autorelease的处理方式基本印证了我的想法,就是靠“全局+栈结构”的方式来处里。AutoreleasePoolPage的双链表就是栈的行为

略微的区别是:

  • 自动释放池本身是没有封装成一个结构或者对象的,它只是链表中的一节。即我想的结构是是: 全局的栈-->CATransaction-->layer的改变。而自动释放池的结构是:全局的栈-->AutoreleasePoolPage-->变量。实际它是直接抹平了中间层,把数据直接放到栈里操控。
  • 它的“全局”,是线程唯一的数据,通过把数据和线程绑定来获得当前的,并不是通过全局变量。
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