很久没有更博客，最近都在忙着毕业设计和一些小项目，所以学习精力有些分散，读源码的时间大幅度缩水。是时候继续更新了。
在解读 Operation 部分的源码之前，需要先了解一下关于 NSURLSession 的一些知识。
对于 NSURLSession 的一些知识
NSURLSession 是于 2013 年随着 iOS 7 一同面世的，苹果公司对于其的定位是作为 NSURLConnection 的替代者，然后逐步推广。现在最广泛使用的第三方网络框架 AFNetworking 以及这套博文分析的 SDWebImage 等等都在使用 NSURLSession。
在 OSI 计算机网络体系结构中，自外向里的第三层会话层，我们可以将 NSURLSession 理解为会话层。这一层通常用于管理网络接口的创建、维护、删除等等工作。
NSURLSession 和 NSURLConnection 都提供了与各种协议，例如 HTTP 和 HTTPS，进行交互的 API。在官方文档中对其的描述，这是一种高度可配置的 Container，通过其提供的 API 可以进行很细微的管理控制。NSURLSession 提供了 NSURLConnection 中的所有特性，在功能上可以称之为后者的超集。
使用 NSURLSession 最基本单元就是 Task，这个是 NSURLSessionTask 的实例。有三种类型的任务：NSURLSessionDataTask、NSURLSessionDownloadTask 和 NSURLSessionUploadTask。
我们使用 NSURLSessionDownloadTask 来创建一个下载 Task。
// 设置配置类型，这里我们使用默认配置类型，改类型下，会将缓存文件存储在磁盘上
NSURLSessionConfiguration *sessionConfiguration = [NSURLSessionConfiguration defaultSessionConfiguration];
// 通过 sessionConfiguration 创建 session 对象实例，并设置代理对象
NSURLSession *session = [NSURLSession sessionWithConfiguration:sessionConfiguration delegate:self delegateQueue:nil];
// 通过创建的 session 对象创建下载 task，传入需要下载的 url 属性
NSURLSessionDownloadTask *downloadTask = [session downloadTaskWithURL:[NSURL URLWithString:@"http://www.desgard.com/assets/images/logo-new.png"]];
// 执行给定下载 task
[downloadTask resume]; 通过此例我们了解了 NSURLSession 用于网络会话层工作。是网络接口的管理层对象，在网络数据传输中，起到桥梁的作用。
Operation 的 start 开启方法
在 Downloader 一文中，我们知道 SDWebImage 下载图片是通过构造一个 Operation(NSOperation) 来实现的，并且会追加放入 downloadQueue ( NSOperationQueue )中。所以下载任务用实例化描述，即一个 Operation。
NSOperation 一般是用来操作或者执行一个单一的任务，如果任务不复杂，其实是可以使用 Cocoa 中的 NSOperation 的派生类 NSBlockOperation 和 NSInvocationOperation。当其无法满足需求时，我们可以像 SDWebImage 一样去定制封装 NSOperation 的子类。关于 NSOperation，又可以归为两类：并发(concurrent) 和 非并发(non-concurrent)，而在 SDWebImage 中可视作并发类型。
来看 SDWebImage 中对于 start 函数的重写：
// 重写 NSOperation 的 start 方法
// 更加灵活的管理下载状态，创建下载所使用的 NSURLSession 对象
- (void)start {
// 互斥锁，保证此时没有其他线程对 self 对象进行修改
// 线程保护作用
@synchronized (self) {
// 管理下载状态
// 如果取消状态下载，则更改完成状态
if (self.isCancelled) {
self.finished = YES;
[self reset];
return;
}
#if TARGET_OS_IPHONE && __IPHONE_OS_VERSION_MAX_ALLOWED >= __IPHONE_4_0
Class UIApplicationClass = NSClassFromString(@"UIApplication");
BOOL hasApplication = UIApplicationClass && [UIApplicationClass respondsToSelector:@selector(sharedApplication)];
// 后台运行的权限
if (hasApplication && [self shouldContinueWhenAppEntersBackground]) {
__weak __typeof__ (self) wself = self;
UIApplication * app = [UIApplicationClass performSelector:@selector(sharedApplication)];
// 标记一个可以在后台长时间运行的后台任务
self.backgroundTaskId = [app beginBackgroundTaskWithExpirationHandler:^{
__strong __typeof (wself) sself = wself;
// 当应用程序留给后台的时间快要结束时
// 执行当前回调
// 进行清理工作（主线程），如果失败则抛出 crash
if (sself) {
[sself cancel];
// 标记指定的后台任务完成
[app endBackgroundTask:sself.backgroundTaskId];
// 销毁后台任务标识符
sself.backgroundTaskId = UIBackgroundTaskInvalid;
}
}];
}
#endif
NSURLSession *session = self.unownedSession;
if (!self.unownedSession) {
NSURLSessionConfiguration *sessionConfig = [NSURLSessionConfiguration defaultSessionConfiguration];
sessionConfig.timeoutIntervalForRequest = 15;
/**
* 为这个 task 创建 session
* 将 nil 作为 delegate 队列进行传递，以便创建一个 session 对象用于执行 delegate 的串行操作队列
* 以完成方法以及 handler 回调方法的调用
*/
self.ownedSession = [NSURLSession sessionWithConfiguration:sessionConfig
delegate:self
delegateQueue:nil];
session = self.ownedSession;
}
// 创建数据任务
self.dataTask = [session dataTaskWithRequest:self.request];
// 正在执行属性标记
self.executing = YES;
self.thread = [NSThread currentThread];
}
// 启动任务
[self.dataTask resume];
if (self.dataTask) {
if (self.progressBlock) {
// 设置默认图片的大小，用未知枚举类型标记
self.progressBlock(0, NSURLResponseUnknownLength);
}
// 在主线程中发送下载开始通知
dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
[[NSNotificationCenter defaultCenter] postNotificationName:SDWebImageDownloadStartNotification object:self];
});
}
else {
// 创建失败，直接执行回调部分
if (self.completedBlock) {
self.completedBlock(nil, nil, [NSError errorWithDomain:NSURLErrorDomain code:0 userInfo:@{NSLocalizedDescriptionKey : @"Connection can't be initialized"}], YES);
}
}
#if TARGET_OS_IPHONE && __IPHONE_OS_VERSION_MAX_ALLOWED >= __IPHONE_4_0
// 停止在后台的执行操作
Class UIApplicationClass = NSClassFromString(@"UIApplication");
if(!UIApplicationClass || ![UIApplicationClass respondsToSelector:@selector(sharedApplication)]) {
return;
}
if (self.backgroundTaskId != UIBackgroundTaskInvalid) {
UIApplication * app = [UIApplication performSelector:@selector(sharedApplication)];
[app endBackgroundTask:self.backgroundTaskId];
self.backgroundTaskId = UIBackgroundTaskInvalid;
}
#endif
}对于一个并发类 NSOperation ，在重写 start 方法时，需要去实现异步(asynchronous) 方式来处理事件。在 SDWebImage 中，可以看到类的成员对象中的 self.thread 来承载 operation 任务的执行动作。并且还处理了后台运行时的状态。
我们来具体剖析一下这段代码：
在 NSOperation 中共有三个状态，这些状态可以及时的判断 SDWebImageDownloaderOperation 是否被取消了。如果取消，则认为该任务已经完成，并且需要及时回收资源，即 reset 方法。使用 NSOperation 需要手动管理以下三个状态：
isExecuting- 代表任务正在执行中isFinished- 代表任务已经完成isCancelled- 代表任务已经取消执行
if (self.isCancelled) {
self.finished = YES;
[self reset];
return;
}接下来一段宏中的代码，以考虑到 App 进入后台中的发生的事。在 SD 中使用了 beginBackgroundTaskWithExpirationHandler: 来申请 App 进入后台后额外的占用时间，所以我们要拿出 UIApplication 这个类，并使用 [UIApplication sharedApplication] 这个单例来调用对应方法。考虑到 iOS 的通用性和版本问题，SD 在调用该单例时进行了双重检测：
Class UIApplicationClass = NSClassFromString(@"UIApplication");
BOOL hasApplication = UIApplicationClass && [UIApplicationClass respondsToSelector:@selector(sharedApplication)];再之后是系统后台任务的代码，这里来聊一聊 beginBackgroundTaskWithExpirationHandler 这个回调。beginBackgroundTaskWithExpirationHandler 不是意味着立即执行后台任务，它相当于注册了一个后台任务，而之后的 handler 表示 App 在直到后台运行的时机到来后在运行其中的 block 代码逻辑。所以我们仍旧需要判断下载任务的下载状态，如果下载任务还在进行，就需要取消该任务（cancel方法）。这个方法也是在 SDWebImageDownloaderOperation 中定义的，下午将会介绍。
在做完进入后台情况的处理，也就是图片的“善后处理”之后，进入图片下载的正题部分。下载一个单文件对应的是一次网络请求。所以需要用 NSURLSession 来创建一个 task 处理这个请求。
NSURLSession *session = self.unownedSession;
if (!self.unownedSession) {
NSURLSessionConfiguration *sessionConfig = [NSURLSessionConfiguration defaultSessionConfiguration];
sessionConfig.timeoutIntervalForRequest = 15;
/**
* 为找个 task 创建 session
* 将 nil 作为 delegate 队列进行传递，以便创建一个 session 对象用于执行 delegate 的串行操作队列
* 以完成方法以及 handler 回调方法的调用
*/
self.ownedSession = [NSURLSession sessionWithConfiguration:sessionConfig
delegate:self
delegateQueue:nil];
session = self.ownedSession;
}
// 创建数据任务
self.dataTask = [session dataTaskWithRequest:self.request];
// 正在执行属性标记
self.executing = YES;
self.thread = [NSThread currentThread];首先取出 session 成员，因为我们需要下载多个图片，不需要为每次请求都进行握手操作，所有复用 NSURLSession 对象。如果发现其未初始化，则对其重新配置。在构造方法中，选用 defaultSessionConfiguration，这个是默认的 session 配置，类似于 NSURLConnection 的标准配置，使用硬盘来存储缓存数据。之后创建请求，增加标记，获取当前线程。
任务取消 cancel 方法
- (void)cancel {
@synchronized (self) {
// 根据线程是否初始化来查看是否有开启下载任务
if (self.thread) {
// 在指定线程中调用 cancelInternalAndStop 方法
[self performSelector:@selector(cancelInternalAndStop) onThread:self.thread withObject:nil waitUntilDone:NO];
}
else {
// 直接调用 cancelInternal 方法
[self cancelInternal];
}
}
}在 cancel 方法中，会有两种处理手段。如果下载任务处于开启状态，则在该实例的持有进程中调用 cancelInternalAndStop 方法，否则的话则在当前进程调用 cancelInternal 方法。我们来看这两个方法的区别和联系。
- (void)cancelInternalAndStop {
// 判断 isFinished 标识符
if (self.isFinished) return;
[self cancelInternal];
}
- (void)cancelInternal {
if (self.isFinished) return;
[super cancel];
// 执行 cancel 回调
if (self.cancelBlock) self.cancelBlock();
if (self.dataTask) {
// 停止 task 任务
[self.dataTask cancel];
dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
// 发送通知
[[NSNotificationCenter defaultCenter] postNotificationName:SDWebImageDownloadStopNotification object:self];
});
// 如果我们启用了 cancel 方法，则回调方法不会被执行，并且 isFinished 和 isExecuting 两个标识属性修改状态
if (self.isExecuting) self.executing = NO;
if (!self.isFinished) self.finished = YES;
}
// Operation 初始化操作
[self reset];
}也许你会有疑问，为什么 cancelInternalAndStop 在调用 cancelInternal 之前多此一举的判断了 self.isFinished 标志符的状态？为什么不写成一个方法？其实这是有历史原因的。请看这个链接。其中 L155 我们发现了“惊天的秘密”。这里大概讲述一下这个历史原因：在 SDWebImage 的 v3.7.0 版本及以前，并没有引入 NSURLSession 而是采用的 NSURLConnection。而后者往往是需要与 Runloop 协同使用，因为每个 Connect 会作为一个 Source 添加到当前线程所在的 Runloop 中，并且 Runloop 会对这个 Connect 对象强引用，以保证代理方法可以调用。
在新版本中，由于启用了 NSURLSession，说明 SDWebImage 已经放弃了 iOS 6 及以下的版本。在进行网络请求的处理时更加的安全，这也是历史的必然趋势。当然，笔者也十分开心，因为不用再解读 Runloop 的代码了。😄
SDWebImageManager 中的 NSURLSessionDataDelegate 代理方法实现
NSURLSessionDataDelegate 代理用于实现数据下载的各种回调。在 SD 中由于要处理图片下载的各种状态，所以需要遵循改代理，并去自行管理代理方法返回结果的不同处理。
在 Response 数据反馈后，都会传给客户端一个 Http 状态码，根据状态码的不同，需要执行不同情况的处理方法。在 NSURLSessionDataDelegate 的代理方法中，即可实现判断状态码的步骤：
// 该方法中实现对服务器的响应进行授权
// 实现后执行 completionHandler 回调
- (void)URLSession:(NSURLSession *)session
dataTask:(NSURLSessionDataTask *)dataTask
didReceiveResponse:(NSURLResponse *)response
completionHandler:(void (^)(NSURLSessionResponseDisposition disposition))completionHandler {
// 处理返回状态码小于400非304情况
// 304 属于未返回结果未修改，也属于正常返回
if (![response respondsToSelector:@selector(statusCode)] || ([((NSHTTPURLResponse *)response) statusCode] < 400 && [((NSHTTPURLResponse *)response) statusCode] != 304)) {
// 获取文件长度
// expectedContentLength 获取的是下载文件长度，而不是整个文件长度
NSInteger expected = response.expectedContentLength > 0 ? (NSInteger)response.expectedContentLength : 0;
self.expectedSize = expected;
if (self.progressBlock) {
// 执行过程中 block
self.progressBlock(0, expected);
}
self.imageData = [[NSMutableData alloc] initWithCapacity:expected];
self.response = response;
// 在主线程发送通知消息
dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
[[NSNotificationCenter defaultCenter] postNotificationName:SDWebImageDownloadReceiveResponseNotification object:self];
});
}
else {
// 获取状态码
NSUInteger code = [((NSHTTPURLResponse *)response) statusCode];
// 如果状态吗反馈304状态，则代表服务器告知客户端当前接口结果没有发生变化
// 此时我们cancel掉当前的 Operation 然后从缓存中获取图片
if (code == 304) {
[self cancelInternal];
} else {
// 其他成功状态直接 cancel 掉 task 即可
[self.dataTask cancel];
}
// 在主线程发送通知消息
dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
[[NSNotificationCenter defaultCenter] postNotificationName:SDWebImageDownloadStopNotification object:self];
});
// 调用 completedBlock，说明任务完成
if (self.completedBlock) {
self.completedBlock(nil, nil, [NSError errorWithDomain:NSURLErrorDomain code:[((NSHTTPURLResponse *)response) statusCode] userInfo:nil], YES);
}
// 重置 Operation 示例状态，以便复用
[self done];
}
// 完成回调
if (completionHandler) {
completionHandler(NSURLSessionResponseAllow);
}
}通过 Response 反馈的 Http 状态码，做出了各种操作。当然这里只要判断出状态码，将各个操作对应上即可。而下面的规划进度回调方案中，则是整个回调方法处理图像的核心部分：
// 接收到部分数据时候的回调
// 用于规划进度
- (void)URLSession:(NSURLSession *)session dataTask:(NSURLSessionDataTask *)dataTask didReceiveData:(NSData *)data {
// 分块写二进制文件
[self.imageData appendData:data];
// 进度控制
if ((self.options & SDWebImageDownloaderProgressiveDownload) && self.expectedSize > 0 && self.completedBlock) {
// 以下代码思路来自于 http://www.cocoaintheshell.com/2011/05/progressive-images-download-imageio/
// 感谢作者 @Nyx0uf
// 获取图片总大小
const NSInteger totalSize = self.imageData.length;
// 更新数据源，需要传递所有数据，而不仅是更新的一部分
// ImageIO 接口之一，通过 CGImageSourceCreateWithData 对图片二进制文件解码
CGImageSourceRef imageSource = CGImageSourceCreateWithData((__bridge CFDataRef)self.imageData, NULL);
// 长和宽均为0，说明当前下载为第一段数据
if (width + height == 0) {
// ImageIO 接口之一，返回包含尺寸以及其他信息，其他信息例如 EXIF、IPTC 等
CFDictionaryRef properties = CGImageSourceCopyPropertiesAtIndex(imageSource, 0, NULL);
if (properties) {
NSInteger orientationValue = -1;
// 从 properties 中拿高度
CFTypeRef val = CFDictionaryGetValue(properties, kCGImagePropertyPixelHeight);
// 获取到后直接记录到 height 变量中
if (val) CFNumberGetValue(val, kCFNumberLongType, &height);
val = CFDictionaryGetValue(properties, kCGImagePropertyPixelWidth);
if (val) CFNumberGetValue(val, kCFNumberLongType, &width);
// 从 properties 中获取图片的其他信息
val = CFDictionaryGetValue(properties, kCGImagePropertyOrientation);
if (val) CFNumberGetValue(val, kCFNumberNSIntegerType, &orientationValue);
CFRelease(properties);
// 当我们使用 Core Graphics 绘制操作时，如果失去了 Orientation Information
// 这说明在 initWithCGImage 初始化阶段错误（与 didCompleteWithError 中 initWithData 不同）
// 所以需要暂时缓存，延迟传值
orientation = [[self class] orientationFromPropertyValue:(orientationValue == -1 ? 1 : orientationValue)];
}
}
// 过程中状态
if (width + height > 0 && totalSize < self.expectedSize) {
// 创建 CGImage 引用，根据 Source 状态创建图片
CGImageRef partialImageRef = CGImageSourceCreateImageAtIndex(imageSource, 0, NULL);
// 通过宏来判断平台
#ifdef TARGET_OS_IPHONE
// iOS 中图像失真的解决方法
if (partialImageRef) {
// 根据引用来获取图像高度属性
const size_t partialHeight = CGImageGetHeight(partialImageRef);
// 创建 RGB 色彩空间
CGColorSpaceRef colorSpace = CGColorSpaceCreateDeviceRGB();
// 创建图像空间，【参数定义】见下文分析
CGContextRef bmContext = CGBitmapContextCreate(NULL, width, height, 8, width * 4, colorSpace, kCGBitmapByteOrderDefault | kCGImageAlphaPremultipliedFirst);
// 释放色彩空间引用
CGColorSpaceRelease(colorSpace);
if (bmContext) {
// 图片渲染方法
CGContextDrawImage(bmContext, (CGRect){.origin.x = 0.0f, .origin.y = 0.0f, .size.width = width, .size.height = partialHeight}, partialImageRef);
CGImageRelease(partialImageRef);
// 从上下文中创建 CGImage
partialImageRef = CGBitmapContextCreateImage(bmContext);
CGContextRelease(bmContext);
}
else {
// 色彩空间创建失败，直接释放
CGImageRelease(partialImageRef);
partialImageRef = nil;
}
}
#endif
if (partialImageRef) {
// 通过 Core Graphics 引用创建图片对象
UIImage *image = [UIImage imageWithCGImage:partialImageRef scale:1 orientation:orientation];
// 使用图片的 URL 作为缓存键
NSString *key = [[SDWebImageManager sharedManager] cacheKeyForURL:self.request.URL];
// C++ 的 SDScaledImageForKey 方法入口，用于多倍数缩放图片的处理及缓存
UIImage *scaledImage = [self scaledImageForKey:key image:image];
// 解压缩图片
if (self.shouldDecompressImages) {
// 对图片进行解码
image = [UIImage decodedImageWithImage:scaledImage];
}
else {
image = scaledImage;
}
CGImageRelease(partialImageRef);
dispatch_main_sync_safe(^{
if (self.completedBlock) {
// 完成回调，并传出 image 引用
self.completedBlock(image, nil, nil, NO);
}
});
}
}
CFRelease(imageSource);
}
if (self.progressBlock) {
// 过程回调，传出二进制文件已经下载长度和总长度
self.progressBlock(self.imageData.length, self.expectedSize);
}
}主要的过程在注释中都有讲述，这里主要说一下注释中标明的一些地方：
创建图像空间的函数原型和参数定义
CGContextRef CGBitmapContextCreate (
void *data, // 指向要渲染的绘制内存地址，这个内存块的大小至少是（bytesPerRow*height）个字节
size_t width, // bitmap 的高度，单位为像素
size_t height, // bitmap 的高度，单位为像素
size_t bitsPerComponent, // 内存中像素的每个组件的位数，例如 32 位像素格式和 RGB 颜色空间这个值设定为 8
size_t bytesPerRow, // bitmap 的每一行在内存所占的比特数
CGColorSpaceRef colorspace, // bitmap上下文使用的颜色空间
CGBitmapInfo bitmapInfo // 指定bitmap是否包含alpha通道，像素中alpha通道的相对位置，像素组件是整形还是浮点型等信息的字符串。
);当调用这个函数的时候，Quartz 创建一个一个位图绘制环境，也就是位图上下文。当你向上下文中绘制信息时，Quartz 把你要绘制的信息作为位图数据绘制到指定的内存块。
imageIO 简介
之前也许你会惊讶于 SD 库对于图片下载进度的处理，其实这些处理都是交给了 Apple 的 Core Graphics 中的 imageIO 部分组件。在处理进度其实是 imageIO 的渐进加载图片功能，这里献上官方文档。渐进加载图片的过程，只需要创建一个 imageSource 引用即可完成。在上面的源码中也是如此实现的。
对于渐进加载，现在已经有很多解决方法。例如
YYWebImage中已经支持了多种渐进式图片加载方案，而不是传统的baseline方式，文章链接。
总结
SD 前面的所有流程，其实都在围绕着这个 Operation 展开的。在 Operation 中处理了关键的网络请求及下载部分，而且其会话的控制全部由 Operation 进行持有和处理。这里关系到多线程和网络的基础知识，如果想进一步了解其实现原理，可以补充一下基础知识。
