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本文主要是针对iOS通知机制的全面解析，从接口到原理面面俱到。同时也解决了阿里、字节：一套高效的iOS面试题中关于通知的问题，相信看完此文再也不怕面试官问我任何通知相关问题了
由于苹果没有对相关源码开放，所以以GNUStep源码为基础进行研究，GNUStep虽然不是苹果官方的源码，但很具有参考意义，根据实现原理来猜测和实践，更重要的还可以学习观察者模式的架构设计
先把之前的问题列出来，详细读完本文之后，你会找到答案
- 实现原理（结构设计、通知如何存储的、
name&observer&SEL之间的关系等） - 通知的发送时同步的，还是异步的
NSNotificationCenter接受消息和发送消息是在一个线程里吗？如何异步发送消息NSNotificationQueue是异步还是同步发送？在哪个线程响应NSNotificationQueue和runloop的关系- 如何保证通知接收的线程在主线程
- 页面销毁时不移除通知会崩溃吗
- 多次添加同一个通知会是什么结果？多次移除通知呢
- 下面的方式能接收到通知吗？为什么
// 发送通知
[[NSNotificationCenter defaultCenter] addObserver:self selector:@selector(handleNotification:) name:@"TestNotification" object:@1];
// 接收通知
[NSNotificationCenter.defaultCenter postNotificationName:@"TestNotification" object:nil];
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用于描述通知的类，一个NSNotification对象就包含了一条通知的信息，所以当创建一个通知时通常包含如下属性：
@interface NSNotification : NSObject <NSCopying, NSCoding>
...
/* Querying a Notification Object */
- (NSString*) name; // 通知的name
- (id) object; // 携带的对象
- (NSDictionary*) userInfo; // 配置信息
@end
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一般用于发送通知时使用，常用api如下：
- (void)postNotification:(NSNotification *)notification;
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这是个单例类，负责管理通知的创建和发送，属于最核心的类了。而NSNotificationCenter类主要负责三件事
- 添加通知
- 发送通知
- 移除通知
核心API如下：
// 添加通知
- (void)addObserver:(id)observer selector:(SEL)aSelector name:(nullable NSNotificationName)aName object:(nullable id)anObject;
// 发送通知
- (void)postNotification:(NSNotification *)notification;
- (void)postNotificationName:(NSNotificationName)aName object:(nullable id)anObject;
- (void)postNotificationName:(NSNotificationName)aName object:(nullable id)anObject userInfo:(nullable NSDictionary *)aUserInfo;
// 删除通知
- (void)removeObserver:(id)observer;
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通知队列，用于异步发送消息，这个异步并不是开启线程，而是把通知存到双向链表实现的队列里面，等待某个时机触发时调用NSNotificationCenter的发送接口进行发送通知，这么看NSNotificationQueue最终还是调用NSNotificationCenter进行消息的分发
另外NSNotificationQueue是依赖runloop的，所以如果线程的runloop未开启则无效，至于为什么依赖runloop下面会解释
NSNotificationQueue主要做了两件事：
- 添加通知到队列
- 删除通知
核心API如下：
// 把通知添加到队列中，NSPostingStyle是个枚举，下面会介绍
- (void)enqueueNotification:(NSNotification *)notification postingStyle:(NSPostingStyle)postingStyle;
// 删除通知，把满足合并条件的通知从队列中删除
- (void)dequeueNotificationsMatching:(NSNotification *)notification coalesceMask:(NSUInteger)coalesceMask;
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把通知添加到队列等待发送，同时提供了一些附加条件供开发者选择，如：什么时候发送通知、如何合并通知等，系统给了如下定义
// 表示通知的发送时机
typedef NS_ENUM(NSUInteger, NSPostingStyle) {
NSPostWhenIdle = 1, // runloop空闲时发送通知
NSPostASAP = 2, // 尽快发送，这种情况稍微复杂，这种时机是穿插在每次事件完成期间来做的
NSPostNow = 3 // 立刻发送或者合并通知完成之后发送
};
// 通知合并的策略，有些时候同名通知只想存在一个，这时候就可以用到它了
typedef NS_OPTIONS(NSUInteger, NSNotificationCoalescing) {
NSNotificationNoCoalescing = 0, // 默认不合并
NSNotificationCoalescingOnName = 1, // 只要name相同，就认为是相同通知
NSNotificationCoalescingOnSender = 2 // object相同
};
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这个类是GNUStep源码中定义的，它的作用是代理观察者，主要用来实现接口：addObserverForName：object: queue: usingBlock:时用到，即要实现在指定队列回调block，那么GSNotificationObserver对象保存了queue和block信息，并且作为观察者注册到通知中心，等到接收通知时触发了响应方法，并在响应方法中把block抛到指定queue中执行，定义如下：
@implementation GSNotificationObserver
{
NSOperationQueue *_queue; // 保存传入的队列
GSNotificationBlock _block; // 保存传入的block
}
- (id) initWithQueue: (NSOperationQueue *)queue
block: (GSNotificationBlock)block
{
......初始化操作
}
- (void) dealloc
{
....
}
// 响应接收通知的方法，并在指定队列中执行block
- (void) didReceiveNotification: (NSNotification *)notif
{
if (_queue != nil)
{
GSNotificationBlockOperation *op = [[GSNotificationBlockOperation alloc]
initWithNotification: notif block: _block];
[_queue addOperation: op];
}
else
{
CALL_BLOCK(_block, notif);
}
}
@end
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上面介绍了一些类的功能，但是要想实现通知中心的逻辑必须设计一套合理的存储结构，对于通知的存储基本上围绕下面几个结构体来做（大致了解下，后面章节会用到），后面会详细介绍具体逻辑的
// 根容器，NSNotificationCenter持有
typedef struct NCTbl {
Observation *wildcard; /* 链表结构，保存既没有name也没有object的通知 */
GSIMapTable nameless; /* 存储没有name但是有object的通知 */
GSIMapTable named; /* 存储带有name的通知，不管有没有object */
...
} NCTable;
// Observation 存储观察者和响应结构体，基本的存储单元
typedef struct Obs {
id observer; /* 观察者，接收通知的对象 */
SEL selector; /* 响应方法 */
struct Obs *next; /* Next item in linked list. */
...
} Observation;
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正式开始“注册通知”的深入研究，注册通知有几个常用方法，但只需要研究典型的一两个就够了，原理都是一样的
目前只介绍NSNotificationCenter的注册流程，NSNotificationQueue的方式在下面章节单独拎出来解释
/*
observer：观察者，即通知的接收者
selector：接收到通知时的响应方法
name: 通知name
object：携带对象
*/
- (void) addObserver: (id)observer
selector: (SEL)selector
name: (NSString*)name
object: (id)object {
// 前置条件判断
......
// 创建一个observation对象，持有观察者和SEL，下面进行的所有逻辑就是为了存储它
o = obsNew(TABLE, selector, observer);
/*======= case1： 如果name存在 =======*/
if (name) {
//-------- NAMED是个宏，表示名为named字典。以name为key，从named表中获取对应的mapTable
n = GSIMapNodeForKey(NAMED, (GSIMapKey)(id)name);
if (n == 0) { // 不存在，则创建
m = mapNew(TABLE); // 先取缓存，如果缓存没有则新建一个map
GSIMapAddPair(NAMED, (GSIMapKey)(id)name, (GSIMapVal)(void*)m);
...
}
else { // 存在则把值取出来 赋值给m
m = (GSIMapTable)n->value.ptr;
}
//-------- 以object为key，从字典m中取出对应的value，其实value被MapNode的结构包装了一层，这里不追究细节
n = GSIMapNodeForSimpleKey(m, (GSIMapKey)object);
if (n == 0) {// 不存在，则创建
o->next = ENDOBS;
GSIMapAddPair(m, (GSIMapKey)object, (GSIMapVal)o);
}
else {
list = (Observation*)n->value.ptr;
o->next = list->next;
list->next = o;
}
}
/*======= case2：如果name为空，但object不为空 =======*/
else if (object) {
// 以object为key，从nameless字典中取出对应的value，value是个链表结构
n = GSIMapNodeForSimpleKey(NAMELESS, (GSIMapKey)object);
// 不存在则新建链表，并存到map中
if (n == 0) {
o->next = ENDOBS;
GSIMapAddPair(NAMELESS, (GSIMapKey)object, (GSIMapVal)o);
}
else { // 存在 则把值接到链表的节点上
...
}
}
/*======= case3：name 和 object 都为空 则存储到wildcard链表中 =======*/
else {
o->next = WILDCARD;
WILDCARD = o;
}
}
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从上面介绍的存储容器中我们了解到NCTable结构体中核心的三个变量以及功能：wildcard、named、nameless，在源码中直接用宏定义表示了：WILDCARD、NAMELESS、NAMED，下面逻辑会用到
建议如果看文字说明觉得复杂不好理解，就看看下节介绍的存储关系图
- 注册通知，如果通知的
name存在，则以name为key从named字典中取出值n(这个n其实被MapNode包装了一层，便于理解这里直接认为没有包装)，这个n还是个字典，各种判空新建逻辑不讨论 - 然后以
object为key，从字典n中取出对应的值，这个值就是Observation类型(后面简称obs)的链表，然后把刚开始创建的obs对象o存储进去
数据结构关系图
这里就回答了上述问题列表的问题1的一部分，现在梳理下存储关系
如果注册通知时传入name，那么会是一个双层的存储结构
- 找到
NCTable中的named表，这个表存储了还有name的通知 - 以
name作为key，找到value，这个value依然是一个map map的结构是以object作为key，obs对象为value，这个obs对象的结构上面已经解释，主要存储了observer & SEL
- 以
object为key，从nameless字典中取出value，此value是个obs类型的链表 - 把创建的
obs类型的对象o存储到链表中
数据结构关系图
只存在object时存储只有一层，那就是object和obs对象之间的映射
这种情况直接把obs对象存放在了Observation *wildcard 链表结构中
接口功能： 此接口实现的功能是在接收到通知时，在指定队列queue执行block
// 这个api使用频率较低，怎么实现在指定队列回调block的，值得研究
- (id) addObserverForName: (NSString *)name
object: (id)object
queue: (NSOperationQueue *)queue
usingBlock: (GSNotificationBlock)block
{
// 创建一个临时观察者
GSNotificationObserver *observer =
[[GSNotificationObserver alloc] initWithQueue: queue block: block];
// 调用了接口1的注册方法
[self addObserver: observer
selector: @selector(didReceiveNotification:)
name: name
object: object];
return observer;
}
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这个接口依赖于接口1，只是多了一层代理观察者GSNotificationObserver，在关键类结构中已经介绍了它，设计思路值得学习
- 创建一个
GSNotificationObserver类型的对象observer，并把queue和block保存下来 - 调用接口1进行通知的注册
- 接收到通知时会响应
observer的didReceiveNotification:方法，然后在didReceiveNotification:中把block抛给指定的queue去执行
- 从上述介绍可以总结，存储是以
name和object为维度的，即判定是不是同一个通知要从name和object区分，如果他们都相同则认为是同一个通知，后面包括查找逻辑、删除逻辑都是以这两个为维度的，问题列表中的第九题也迎刃而解了 - 理解数据结构的设计是整个通知机制的核心，其他功能只是在此基础上扩展了一些逻辑
- 存储过程并没有做去重操作，这也解释了为什么同一个通知注册多次则响应多次
发送通知的核心逻辑比较简单，基本上就是查找和调用响应方法，核心函数如下
// 发送通知
- (void) postNotificationName: (NSString*)name
object: (id)object
userInfo: (NSDictionary*)info
{
// 构造一个GSNotification对象， GSNotification继承了NSNotification
GSNotification *notification;
notification = (id)NSAllocateObject(concrete, 0, NSDefaultMallocZone());
notification->_name = [name copyWithZone: [self zone]];
notification->_object = [object retain];
notification->_info = [info retain];
// 进行发送操作
[self _postAndRelease: notification];
}
//发送通知的核心函数，主要做了三件事：查找通知、发送、释放资源
- (void) _postAndRelease: (NSNotification*)notification {
//step1: 从named、nameless、wildcard表中查找对应的通知
...
//step2：执行发送，即调用performSelector执行响应方法，从这里可以看出是同步的
[o->observer performSelector: o->selector
withObject: notification];
//step3: 释放资源
RELEASE(notification);
}
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其实上述代码注释说的很清晰了，主要做了三件事
- 通过
name & object查找到所有的obs对象(保存了observer和sel)，放到数组中 - 通过
performSelector：逐一调用sel，这是个同步操作 - 释放
notification对象
从源码逻辑可以看出发送过程的概述：从三个存储容器中：named、nameless、wildcard去查找对应的obs对象，然后通过performSelector：逐一调用响应方法，这就完成了发送流程
核心点：
- 同步发送
- 遍历所有列表，即注册多次通知就会响应多次
这里源码太长而且基本上都是查找删除逻辑，不一一列举，感兴趣的去下载源码看下吧 要注意的点：
- 查找时仍然以
name和object为维度的，再加上observer做区分 - 因为查找时做了这个链表的遍历，所以删除时会把重复的通知全都删除掉
// 删除已经注册的通知
- (void) removeObserver: (id)observer
name: (NSString*)name
object: (id)object {
if (name == nil && object == nil && observer == nil)
return;
...
}
- (void) removeObserver: (id)observer
{
if (observer == nil)
return;
[self removeObserver: observer name: nil object: nil];
}
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上面介绍的NSNotificationCenter都是同步发送的，而这里介绍关于NSNotificationQueue的异步发送，从线程的角度看并不是真正的异步发送，或可称为延时发送，它是利用了runloop的时机来触发的
下面为精简版的源码，看源码的注释，基本上能明白大致逻辑
- 根据
coalesceMask参数判断是否合并通知 - 接着根据
postingStyle参数，判断通知发送的时机，如果不是立即发送则把通知加入到队列中：_asapQueue、_idleQueue
核心点：
- 队列是双向链表实现
- 当postingStyle值是立即发送时，调用的是
NSNotificationCenter进行发送的，所以NSNotificationQueue还是依赖NSNotificationCenter进行发送
/*
* 把要发送的通知添加到队列，等待发送
* NSPostingStyle 和 coalesceMask在上面的类结构中有介绍
* modes这个就和runloop有关了，指的是runloop的mode
*/
- (void) enqueueNotification: (NSNotification*)notification
postingStyle: (NSPostingStyle)postingStyle
coalesceMask: (NSUInteger)coalesceMask
forModes: (NSArray*)modes
{
......
// 判断是否需要合并通知
if (coalesceMask != NSNotificationNoCoalescing) {
[self dequeueNotificationsMatching: notification
coalesceMask: coalesceMask];
}
switch (postingStyle) {
case NSPostNow: {
...
// 如果是立马发送，则调用NSNotificationCenter进行发送
[_center postNotification: notification];
break;
}
case NSPostASAP:
// 添加到_asapQueue队列，等待发送
add_to_queue(_asapQueue, notification, modes, _zone);
break;
case NSPostWhenIdle:
// 添加到_idleQueue队列，等待发送
add_to_queue(_idleQueue, notification, modes, _zone);
break;
}
}
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这里截取了发送通知的核心代码，这个发送通知逻辑如下：
runloop触发某个时机，调用GSPrivateNotifyASAP()和GSPrivateNotifyIdle()方法，这两个方法最终都调用了notify()方法notify()所做的事情就是调用NSNotificationCenter的postNotification:进行发送通知
static void notify(NSNotificationCenter *center,
NSNotificationQueueList *list,
NSString *mode, NSZone *zone)
{
......
// 循环遍历发送通知
for (pos = 0; pos < len; pos++)
{
NSNotification *n = (NSNotification*)ptr[pos];
[center postNotification: n];
RELEASE(n);
}
......
}
// 发送_asapQueue中的通知
void GSPrivateNotifyASAP(NSString *mode)
{
notify(item->queue->_center,
item->queue->_asapQueue,
mode,
item->queue->_zone);
}
// 发送_idleQueue中的通知
void GSPrivateNotifyIdle(NSString *mode)
{
notify(item->queue->_center,
item->queue->_idleQueue,
mode,
item->queue->_zone);
}
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对于NSNotificationQueue总结如下
- 依赖
runloop，所以如果在其他子线程使用NSNotificationQueue，需要开启runloop - 最终还是通过
NSNotificationCenter进行发送通知，所以这个角度讲它还是同步的 - 所谓异步，指的是非实时发送而是在合适的时机发送，并没有开启异步线程
异步线程发送通知则响应函数也是在异步线程，如果执行UI刷新相关的话就会出问题，那么如何保证在主线程响应通知呢？
其实也是比较常见的问题了，基本上解决方式如下几种：
- 使用
addObserverForName: object: queue: usingBlock方法注册通知，指定在mainqueue上响应block - 在主线程注册一个
machPort，它是用来做线程通信的，当在异步线程收到通知，然后给machPort发送消息，这样肯定是在主线程处理的，具体用法去网上资料很多，苹果官网也有
本文写的内容比较多，以GNUStep源码为基础进行研究，全面阐述了通知的存储、发送、异步发送等原理，对研究学习有很大帮助
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