本文截图来源于 爱奇艺电视果 iOS 客户端。
在现在很多公司的 app 中，许多展示页面为了多条数据内容，而采用 UITableView 来设计页面。在滑动 UITableView 的时候，并不会因为数据量大而产生卡顿的情况，这正是因为其复用机制的特点。但是其复用机制是如何实现的？我决定来探索一番。
Chameleon PROJECT
Chameleon 是我长期以来一直关注的一个项目。接触过 macOS 开发的人肯定多少有写了解。（虽然这个项目在三年以前就已经停更，但是在原理上还是有很高的参考价值。）Chameleon 用于将 iOS 的功能迁移到 macOS 上，并且在其中为 macOS 实现了一套与 iOS UIKit 同名的框架，并且其代码都为开源。由于 Chameleon 属于对苹果早期源码的逆向工程项目，所以我们可以据此来对 iOS 一些闭源库展开学习和思路的借鉴。
Chameleon 所迁移的 iOS 版本为
3.2，如今已经没有人使用，所以其代码和思路我们只能用来了解。例如在 iOS 8 之后推出的根据autoLayout自动计算cell高度的功能，在其中无法体现。
UITableView 的初始化方法
当我们定义一个 UITableView 对象的时候，需要对这个对象进行初始化。最常用的方法莫过于 - (id)initWithFrame:(CGRect)frame style:(UITableViewStyle)theStyle。下面跟着这个初始化入口，逐渐来分析代码：
- (id)initWithFrame:(CGRect)frame style:(UITableViewStyle)theStyle {
if ((self=[super initWithFrame:frame])) {
// 确定 TableView 的 Style
_style = theStyle;
// 要点一：Cell 缓存字典
_cachedCells = [[NSMutableDictionary alloc] init];
// 要点二：Section 缓存 Mutable Array
_sections = [[NSMutableArray alloc] init];
// 要点三：复用 Cell Mutable Set
_reusableCells = [[NSMutableSet alloc] init];
// 一些关于 Table View 的属性设置
self.separatorColor = [UIColor colorWithRed:.88f green:.88f blue:.88f alpha:1];
self.separatorStyle = UITableViewCellSeparatorStyleSingleLine;
self.showsHorizontalScrollIndicator = NO;
self.allowsSelection = YES;
self.allowsSelectionDuringEditing = NO;
self.sectionHeaderHeight = self.sectionFooterHeight = 22;
self.alwaysBounceVertical = YES;
if (_style == UITableViewStylePlain) {
self.backgroundColor = [UIColor whiteColor];
}
// 加入 Layout 标记，进行手动触发布局设置
[self _setNeedsReload];
}
return self;
}在初始化代码中就看到了重点，_cachedCells、_sections 和 _reusableCells 无疑是复用的核心成员。
代码跟踪
我们先来查看一下 _setNeedsReload 方法中做了什么：
- (void)_setNeedsReload {
_needsReload = YES;
[self setNeedsLayout];
}首先先对 _needsReload 进行标记，之后调用了 setNeedsLayout 方法。对于 UIView 的 setNeedsLayout 方法，在调用后 Runloop 会在即将到来的周期中来检测 displayIfNeeded 标记，如果为 YES 则会进行 drawRect 视图重绘。作为 Apple UIKit 层中的基础 Class，在属性变化后都会进行一次视图重绘的过程。这个属性过程的变化即为对象的初始化加载以及手势交互过程。这也就是官方文档中的 The Runtime Interaction Model。
当 Runloop 到来时，开始重绘过程即调用 layoutSubViews 方法。在 UITableView 中这个方法已经被重写过：
- (void)layoutSubviews {
// 会在初始化的末尾手动调用重绘过程
// 并且 UITableView 是 UIScrollView 的继承，会接受手势
// 所以在滑动 UITableView 的时候也会调用
_backgroundView.frame = self.bounds;
// 根据标记确定是否执行数据更新操作
[self _reloadDataIfNeeded];
// 布局入口
[self _layoutTableView];
[super layoutSubviews];
}接下来我们开始查看 _reloadDataIfNeeded 以及 reloadData 方法：
- (void)_reloadDataIfNeeded {
// 查询 _needsReload 标记
if (_needsReload) {
[self reloadData];
}
}
- (void)reloadData {
// 清除之前的缓存并删除 Cell
// makeObjectsPerformSelector 方法值都进行调用某个方法
[[_cachedCells allValues] makeObjectsPerformSelector:@selector(removeFromSuperview)];
// 复用 Cell Set 也进行删除操作
[_reusableCells makeObjectsPerformSelector:@selector(removeFromSuperview)];
[_reusableCells removeAllObjects];
[_cachedCells removeAllObjects];
// 删除选择的 Cell
_selectedRow = nil;
// 删除被高亮的 Cell
_highlightedRow = nil;
// 更新缓存中状态
[self _updateSectionsCache];
// 设置 Size
[self _setContentSize];
_needsReload = NO;
}当 reloadData 方法被触发时，UITableView 默认为在这个 UITableView 中的数据将会全部发生变化。测试之前遗留下的缓存列表以及复用列表全部都丧失了利用性。为了避免出现悬挂指针的情况（有可能某个 cell 被其他的视图进行了引用），我们需要对每个 cell 进行 removeFromSuperview 处理，这个处理即针对于容器 UITableView，又对其他的引用做出保障。然后我们更新当前 tableView 中的两个缓存容器，_reusableCells 和 _cachedCells，以及其他需要重置的成员属性。
最关键的地方到了，缓存状态的更新方法 _updateSectionsCache，其中涉及到数据如何存储、如何复用的操作：
- (void)_updateSectionsCache {
// 使用 dataSource 来创建缓存容器
// 如果没有 dataSource 则放弃重用操作
// 在这个逆向工程中并没有对 header 进行缓存操作，但是 Apple 的 UIKit 中一定也做到了
// 真正的 UIKit 中应该会获取更多的数据进行存储，并实现了 TableView 中所有视图的复用
// 先移除每个 Section 的 Header 和 Footer 视图
for (UITableViewSection *previousSectionRecord in _sections) {
[previousSectionRecord.headerView removeFromSuperview];
[previousSectionRecord.footerView removeFromSuperview];
}
// 清除旧缓存，对容器进行初始化操作
[_sections removeAllObjects];
if (_dataSource) {
// 根据 dataSource 计算高度和偏移量
const CGFloat defaultRowHeight = _rowHeight ?: _UITableViewDefaultRowHeight;
// 获取 Section 数目
const NSInteger numberOfSections = [self numberOfSections];
for (NSInteger section=0; section<numberOfSections; section++) {
const NSInteger numberOfRowsInSection = [self numberOfRowsInSection:section];
UITableViewSection *sectionRecord = [[UITableViewSection alloc] init];
sectionRecord.headerTitle = _dataSourceHas.titleForHeaderInSection? [self.dataSource tableView:self titleForHeaderInSection:section] : nil;
sectionRecord.footerTitle = _dataSourceHas.titleForFooterInSection? [self.dataSource tableView:self titleForFooterInSection:section] : nil;
sectionRecord.headerHeight = _delegateHas.heightForHeaderInSection? [self.delegate tableView:self heightForHeaderInSection:section] : _sectionHeaderHeight;
sectionRecord.footerHeight = _delegateHas.heightForFooterInSection ? [self.delegate tableView:self heightForFooterInSection:section] : _sectionFooterHeight;
sectionRecord.headerView = (sectionRecord.headerHeight > 0 && _delegateHas.viewForHeaderInSection)? [self.delegate tableView:self viewForHeaderInSection:section] : nil;
sectionRecord.footerView = (sectionRecord.footerHeight > 0 && _delegateHas.viewForFooterInSection)? [self.delegate tableView:self viewForFooterInSection:section] : nil;
// 先初始化一个默认的 headerView ，如果没有直接设置 headerView 就直接更换标题
if (!sectionRecord.headerView && sectionRecord.headerHeight > 0 && sectionRecord.headerTitle) {
sectionRecord.headerView = [UITableViewSectionLabel sectionLabelWithTitle:sectionRecord.headerTitle];
}
// Footer 也做相同的处理
if (!sectionRecord.footerView && sectionRecord.footerHeight > 0 && sectionRecord.footerTitle) {
sectionRecord.footerView = [UITableViewSectionLabel sectionLabelWithTitle:sectionRecord.footerTitle];
}
if (sectionRecord.headerView) {
[self addSubview:sectionRecord.headerView];
} else {
sectionRecord.headerHeight = 0;
}
if (sectionRecord.footerView) {
[self addSubview:sectionRecord.footerView];
} else {
sectionRecord.footerHeight = 0;
}
// 为高度数组动态开辟空间
CGFloat *rowHeights = malloc(numberOfRowsInSection * sizeof(CGFloat));
// 初始化总高度
CGFloat totalRowsHeight = 0;
for (NSInteger row=0; row<numberOfRowsInSection; row++) {
// 获取 Cell 高度，未设置则使用默认高度
const CGFloat rowHeight = _delegateHas.heightForRowAtIndexPath? [self.delegate tableView:self heightForRowAtIndexPath:[NSIndexPath indexPathForRow:row inSection:section]] : defaultRowHeight;
// 记录高度
rowHeights[row] = rowHeight;
// 总高度统计
totalRowsHeight += rowHeight;
}
sectionRecord.rowsHeight = totalRowsHeight;
[sectionRecord setNumberOfRows:numberOfRowsInSection withHeights:rowHeights];
free(rowHeights);
// 缓存高度记录
[_sections addObject:sectionRecord];
}
}
}我们发现在 _updateSectionsCache 更新缓存状态的过程中对 _sections 中的数据全部清除。之后缓存了更新后的所有 Section 数据。那么这些数据有什么利用价值呢？继续来看布局更新操作。
- (void)_layoutTableView {
// 在需要渲染时放置需要的 Header 和 Cell
// 缓存所有出现的单元格，并添加至复用容器
// 之后那些不显示但是已经出现的 Cell 将会被复用
// 获取容器视图相对于父类视图的尺寸及坐标
const CGSize boundsSize = self.bounds.size;
// 获取向下滑动偏移量
const CGFloat contentOffset = self.contentOffset.y;
// 获取可视矩形框的尺寸
const CGRect visibleBounds = CGRectMake(0,contentOffset,boundsSize.width,boundsSize.height);
// 表高纪录值
CGFloat tableHeight = 0;
// 如果有 header 则需要额外计算
if (_tableHeaderView) {
CGRect tableHeaderFrame = _tableHeaderView.frame;
tableHeaderFrame.origin = CGPointZero;
tableHeaderFrame.size.width = boundsSize.width;
_tableHeaderView.frame = tableHeaderFrame;
tableHeight += tableHeaderFrame.size.height;
}
// availableCell 记录当前正在显示的 Cell
// 在滑出显示区之后将添加至 _reusableCells
NSMutableDictionary *availableCells = [_cachedCells mutableCopy];
const NSInteger numberOfSections = [_sections count];
[_cachedCells removeAllObjects];
// 滑动列表，更新当前显示容器
for (NSInteger section=0; section<numberOfSections; section++) {
CGRect sectionRect = [self rectForSection:section];
tableHeight += sectionRect.size.height;
if (CGRectIntersectsRect(sectionRect, visibleBounds)) {
const CGRect headerRect = [self rectForHeaderInSection:section];
const CGRect footerRect = [self rectForFooterInSection:section];
UITableViewSection *sectionRecord = [_sections objectAtIndex:section];
const NSInteger numberOfRows = sectionRecord.numberOfRows;
if (sectionRecord.headerView) {
sectionRecord.headerView.frame = headerRect;
}
if (sectionRecord.footerView) {
sectionRecord.footerView.frame = footerRect;
}
for (NSInteger row=0; row<numberOfRows; row++) {
// 构造 indexPath 为代理方法准备
NSIndexPath *indexPath = [NSIndexPath indexPathForRow:row inSection:section];
// 获取第 row 个坐标位置
CGRect rowRect = [self rectForRowAtIndexPath:indexPath];
// 判断当前 Cell 是否与显示区域相交
if (CGRectIntersectsRect(rowRect,visibleBounds) && rowRect.size.height > 0) {
// 首先查看 availableCells 中是否已经有了当前 Cell 的存储
// 如果没有，则请求 tableView 的代理方法获取 Cell
UITableViewCell *cell = [availableCells objectForKey:indexPath] ?: [self.dataSource tableView:self cellForRowAtIndexPath:indexPath];
// 由于碰撞检测生效，则按照逻辑需要更新 availableCells 字典
if (cell) {
// 获取到 Cell 后，将其进行缓存操作
[_cachedCells setObject:cell forKey:indexPath];
[availableCells removeObjectForKey:indexPath];
cell.highlighted = [_highlightedRow isEqual:indexPath];
cell.selected = [_selectedRow isEqual:indexPath];
cell.frame = rowRect;
cell.backgroundColor = self.backgroundColor;
[cell _setSeparatorStyle:_separatorStyle color:_separatorColor];
[self addSubview:cell];
}
}
}
}
}
// 将已经退出屏幕且定义 reuseIdentifier 的 Cell 加入可复用 Cell 容器中
for (UITableViewCell *cell in [availableCells allValues]) {
if (cell.reuseIdentifier) {
[_reusableCells addObject:cell];
} else {
[cell removeFromSuperview];
}
}
// 不能复用的 Cell 会直接销毁，可复用的 Cell 会存储在 _reusableCells
// 确保所有的可用（未出现在屏幕上）的复用单元格在 availableCells 中
// 这样缓存的目的之一是确保动画的流畅性。在动画的帧上都会对显示部分进行处理，重新计算可见 Cell。
// 如果直接删除掉所有未出现在屏幕上的单元格，在视觉上会观察到突然消失的动作
// 整体动画具有跳跃性而显得不流畅
// 把在可视区的 Cell（但不在屏幕上）已经被回收为可复用的 Cell 从视图中移除
NSArray* allCachedCells = [_cachedCells allValues];
for (UITableViewCell *cell in _reusableCells) {
if (CGRectIntersectsRect(cell.frame,visibleBounds) && ![allCachedCells containsObject: cell]) {
[cell removeFromSuperview];
}
}
if (_tableFooterView) {
CGRect tableFooterFrame = _tableFooterView.frame;
tableFooterFrame.origin = CGPointMake(0,tableHeight);
tableFooterFrame.size.width = boundsSize.width;
_tableFooterView.frame = tableFooterFrame;
}
}CGRectIntersectsRect 方法用于检测两个 Rect 的碰撞情况。如下图所示：
如果你已经对 UITableView 的缓存机制有所了解，那么你在阅读完代码之后会对其有更深刻的认识。如果看完代码还是一头雾水，那么请继续看下面的分析。
Cell 复用场景三个阶段
布局方法触发阶段
在用户触摸屏幕后，硬件报告触摸时间传递至 UIKit 框架，之后 UIKit 将触摸事件打包成 UIEvent 对象，分发至指定视图。这时候其视图就会做出相应，并调用 setNeedsLayout 方法告诉视图及其子视图需要进行布局更新。此时，setNeedsLayout 被调用，也就变为 Cell 复用场景的入口。
缓存 Cell 高度信息阶段
当视图加载后，由 UIKit 调用布局方法 layoutSubviews 从而进入缓存 Cell 高度阶段 _updateSectionsCache。在这个阶段，通过代理方法 heightForRowAtIndexPath: 获取每一个 Cell 的高度，并将高度信息缓存起来。这其中的高度信息由 UITableViewSection 的一个实例 sectionRecord 进行存储，其中以 section 为单位，存储每个 section 中各个 Cell 的高度、Cell 的数量、以及 section 的总高度、footer 和 header 高度这些信息。这一部分的信息采集是为了在 Cell 复用的核心部分，Cell 的 Rect 尺寸与 tableView 尺寸计算边界情况建立数据基础。
复用 Cell 的核心处理阶段
我们要关注三个存储容器的变化情况：
NSMutableDictionary类型 _cachedCells：用来存储当前屏幕上所有 Cell 与其对应的 indexPath。以键值对的关系进行存储。NSMutableDictionary类型 availableCells：当列表发生滑动的时候，部分 Cell 从屏幕移出，这个容器会对_cachedCells进行拷贝，然后将屏幕上此时的 Cell 全部去除。即最终取出所有退出屏幕的 Cell。NSMutableSet类型 _reusableCells：用来收集曾经出现过此时未出现在屏幕上的 Cell。当再出滑入主屏幕时，则直接使用其中的对象根据CGRectIntersectsRectRect 碰撞试验进行复用。
在整个核心复用阶段，这三个容器都充当着很重要的角色。我们给出以下的场景实例，例如下图的一个场景，图 ① 为页面刚刚载入的阶段，图 ② 为用户向下滑动一个单元格时的状态：
当到状态 ② 的时候，我们发现 _reusableCells 容器中，已经出现了状态 ① 中已经退出屏幕的 Cell 0。而当我们重新将 Cell 0 滑入界面的时候，在系统 addView 渲染阶段，会直接将 _reusableCells 中的 Cell 0 立即取出进行渲染，从而代替创建新的实例再进行渲染，简化了时间与性能上的开销。
UITableView 的其他细节优化
复用容器数据类型 NSMutableSet
在三个重要的容器中，只有 _reusableCells 使用了 NSMutableSet。这是因为我们在每一次对于 _cachedCells 中的 Cell 进行遍历并在屏幕上渲染时，都需要在 _reusableCells 进行一次扫描。而且当一个页面反复的上下滑动时，_reusableCells 的检索复杂度是相当庞大的。为了确保这一情况下滑动的流畅性，Apple 在设计时不得不将检索复杂度最小化。并且这个复杂度要是非抖动的，不能给体验造成太大的不稳定性。
在 C++ 的 STL 标准库中也有 multiset 数据类型，其中实现的方法是通过构建红黑树来实现。因为红黑树具有高效检索的性质，这也是 set 的一个普遍特点。也许是 NSMutableSet 是 Foundation 框架的数据结构，构造其主要目的是为了更快的检索。所以 NSMutableSet 的实现并没有使用红黑树，而是暴力的使用 Hash 表实现。从 Core Foundation 中的 CFSet.c 可以清晰的看见其底层实现。在很久之前的 Cocoa Dev 的提问帖中也能发现答案。
高度缓存容器 _sections
在每次布局方法触发阶段，由于 Cell 的状态发生了变化。在对 Cell 复用容器的修改之前，首先要做的一件事是以 Section 为单位对所有的 Cell 进行缓存高度。从这里可以看出 UITableView 设计师的细节。 Cell 的高度在 UITableView 中充当着十分重要的角色，一下列表是需要使用高度的方法：
- (CGFloat)_offsetForSection:(NSInteger)index：计算指定 Cell 的滑动偏移量。- (CGRect)rectForSection:(NSInteger)section：返回某个 Section 的整体 Rect。- (CGRect)rectForHeaderInSection:(NSInteger)section：返回某个 Header 的 Rect。- (CGRect)rectForFooterInSection:(NSInteger)section：返回某个 Footer 的 Rect。- (CGRect)rectForRowAtIndexPath:(NSIndexPath *)indexPath：返回某个 Cell 的 Rect。- (NSArray *)indexPathsForRowsInRect:(CGRect)rect：返回 Rect 列表。- (void)_setContentSize：根据高度计算UITableView中实际内容的 Size。
一次有拓展性的源码研究
在阅读完 Chameleon 工程中的 UITableView 源码，进一步可以去查看 FDTemplateLayoutCell 的优化方案。Apple 的工程师对于细节的处理和方案值得各位开发者细细寻味。多探求、多阅读以写出更优雅的代码。😄
