IOS APP 架构设计（一）

一，APP架构概述

1. 应用架构

App 架构是软件设计的一个分支，它关心如何设计一个 app 的结构。具体来说，它关注于两个 方面:如何将 app 分解为不同的接口和概念层次部件，以及这些部件之间和自身的不同操作中 所使用的控制流和数据流路径。
我们通常使用简单的框图来解释 app 的架构。比如，Apple 的 MVC 模式可以通过 model、 view 和 controller 三层结构来描述。

上面框图中的模块展示了这个模式中不同名字的三个层次。在一个 MVC 项目中，绝大部分的代 码都会落到其中某个层上。箭头表示了这些层进行连接的方式。
但是，这种简单的框图几乎无法解释在实践中模式的操作方式。这是因为在实际的 app 架构中， 部件的构建有非常多的可能性。事件流在层中穿梭的方式是什么?部件之间是否应该在编译期 间或者运行时持有对方?要怎么读取和修改不同部件中的数据?以及状态的变更应该以哪条路 径在 app 中穿行?

2.Model 和 View

在最高的层级上，app 架构其实就是一套分类，app 中不同的部件会被归纳到某个类型中去。 在本书中，我们将这些不同的种类叫做层次:一个层次指的是，遵循一些基本规则并负责特定 功能的接口和其他代码的集合。
Model 层和 View 层是这些分类中最为常⻅的两个。
Model 层是 app 的内容，它不依赖于 (像 UIKit 那样的) 任何 app 框架。也就是说，程序员对 model 层有完全的控制。Model 层通常包括 model 对象 (在录音 app 中的例子是文件夹和录音对象) 和协调对象 (比如我们的 app 例子中的负责在磁盘上存储数据的 Store 类型)。被存储在 磁盘上的那部分 model 我们称之为文档 model (documentation model)。
View 层是依赖于 app 框架的部分，它使 model 层可⻅，并允许用戶进行交互，从而将 model 层转变为一个 app。当创建 iOS 应用时，view 层几乎总是直接使用 UIKit。不过，我们也会看 到在有些架构中，会使用 UIKit 的封装来实现不同的 view 层。另外，对一些其他的像是游戏这 样的自定义应用，view 层可以不是 UIKit 或者 AppKit，它可能是 SceneKit 或者 OpenGL 的某 种封装。
有时候，我们选择使用结构体或者枚举来表示 model 或者 view 的实例，而不使用类的对象。 在实践中，类型之间的区别非常重要，但是当我们在 model 层中谈到对象、结构体和枚举时， 我们会将三者统一地称为 model 对象。类似地，我们也会把 view 层的实例叫做 view 对象，实 际上它们也可能是对象、结构体或者枚举。
View 对象通常会构成一个单一的 view 层级，在这个层级中，所有的 view 对象通过树结构的方 式连接起来。在树的根部是整个屏幕，屏幕中存在若干窗口，接下来在树的分支和叶子上是更 多的小 view。类似地，view controller 也通常会形成 view controller 层级。不过，model 对 象却不需要有明确的层级关系，在程序中它们可以是互不关联的独立 model。
当我们提到 view 时，通常指的是像一个按钮或者一个文本 label 这样的单一 view 对象。当我 们提到 model 时，我们通常指的也是像一个 Recording 实例或者 Folder 实例这样的单个 model 对象。在该话题的大多数文献中，“model” 在不同上下文中指的可能是不同的事情。它 可以指代一个 model 层，model 层中的具体的若干对象，文档 model，或者是 model 层中不 关联的文档。虽然可能会显得啰嗦，我们还是会尝试在本书中尽量明确地区分这些不同含义。

为什么 Model 和 View 的分类会被认为是基础中的基础

当然啦，就算不区分 model 层和 view 层，写出一个 app 也是绝对可能的。比如说，在一个简 单的对话框中，通常就没有独立的 model 数据。在用戶点击 OK 按钮的时候，我们可以直接从 用戶界面元素中读取状态。不过通常情况下，model 层的缺失，会让程序的行为缺乏对于清晰 规则的依据，这会使得代码难以维护。
定义一个 model 层的最重要的理由是，它为我们的程序提供一个表述事实的单一来源，这会让 逻辑清晰，行为正确。这样一来，我们的程序便不会被应用框架中的实现细节所支配。
应用框架为我们提供了构建 app 所需要的基础设施。在本书中，我们使用 Cocoa - 或者更精确 说，根据目标平台，使用 UIKit，AppKit 或者 WatchKit - 来作为应用框架。

如果 model 层能做到和应用框架分离，我们就可以完全在 app 的范围之外使用它。我们可以很 容易地在另外的测试套件中运行它，或者用一个完全不同的应用框架重写新的 view 层。这个 model 层将能够用于 Android，macOS 或者 Windows 版本的 app 中。

3.App 的本质是反馈回路

View 层和 model 层需要交流。所以，两者之间需要存在连接。假设 view 层和 model 层是被清
晰地分开，而且不存在无法解耦的联结的话，两者之间的通讯就需要一些形式的翻译:

从根本上说，用戶界面是一个同时负责展示和输入功能的反馈设备，所以毫无疑问，这导致的 结果就是一个反馈回路。每个 app 设计模式所面临的挑战是如何处理这张图表中箭头所包含的 交流，依赖和变换。
在 model 层和 view 层之间不同的路径拥有不同的名字。用戶发起的事件会导致 view 的响应， 我们把由此引起的代码路径称为 view action，像是点击按钮或者选中 table view 中的某一行 就属于 view action。当一个 view action 被送到 model 层时，它会被转变为 model action (或 者说，让 model 对象执行一个 action 或者进行更新的命令)。这种命令也被叫做一个消息 (特别 在当 model 是被 reducer 改变时，我们会这么称呼它)。将 view action 转变为 model action 的操作，以及路径上的其他逻辑被叫做交互逻辑。

一个或者多个 model 对象上状态的改变叫做 model 变更。Model 的变更通常会触发一个
model 通知，比如说从 model 层发出一个可观测的通知，它描述 model 层中什么内容发生了 改变。当 view 依赖于 model 数据时，通知会触发一个 view 变更，来更改 view 层中的内容。 这些通知可以以多种形式存在:Foundation 中的 Noti????cation，代理，回调，或者是其他机制， 都是可以的。将 model 通知和数据转变为 view 更改的操作，以及路径上的其他逻辑被叫做表 现逻辑。
根据 app 模式的不同，有些状态可能是在文档 model 之外进行维护的，这样一来，更新这些状 态的行为就不会追随文档 model 的路径。在很多模式中的导航状态就这种行为的一个常⻅例 子，在 view 层级中的某个部分 (或者按照 Cocoa Storyboard 中使用的术语，将它称为 scene) 可能会被换出或者换入层级中。
在 app 中非文档 model 的状态被叫做 view state。在 Cocoa 里，大部分 view 对象都管理着它 们自己的 view state，controller 对象则管理剩余的 view state。在 Cocoa view state 的框图 中，通常会有加在反馈回路上的捷径，或者单个层自身进行循环。在有一些架构中，view state 不属于 controller 层，而是属于 model 层的部分 (不过，根据定义，view controller 并不是文 档 model 的一部分)。
当所有的状态都在 model 层中被维护，而且所有的变更都通过完整的反馈回路路径进行传递 时，我们就将它称为单向数据流。当任意的 view 对象或者中间层对象只能够通过 model 发出 的通知来进行创建和更新 (换句话说，view 或者中间层不能通过捷径来更新自身或者其他的 view) 时，这个模式通常就是单向的。

4.架构技术

Apple 平台的标准 Cocoa 框架提供了一些架构工具。Noti????cation 将值从单一源广播给若干个 收听者。键值观察 (KVO) 可以将某个对象上属性的改变报告给另一个对象。然而，Cocoa 中的 架构工具十分有限，我们将会使用到一些额外的框架。
本书中使用到的第三方技术中包含了响应式编程。响应式编程也是一种用来交流变更的工具， 不过和通知或者 KVO 不同的是，它专注于在源和目标之间进行变形，让逻辑可以在部件之间传 输信息的同时得以表达。
我们可以使用像是响应式编程或者 KVO 这样的技术创建属性绑定。绑定接受一个源和一个目 标，无论何时，只要源发生了变化，目标也将被更新。这和手动进行观察在语法上有着不同， 我们不再需要写观察的逻辑，而只需要指定源和目标，接下来框架将会为我们处理其余部分的 工作。

macOS 上的 Cocoa 包含有 Cocoa 绑定技术，它是一种双向绑定，所有的可观察对象同时也是 观察者，在一个方向上建立绑定连接，会在反方向也创建一个连接。不论是 (在MVVM-C 的章
节中用到的) RxCocoa，还是 (MAVB 章节 中用到的) CwlViews，都不是双向绑定的。所以，在
本书中，所有关于绑定的讨论都只涉及到单向绑定。

5.App 任务

要让程序正常工作，view 必须依赖于 model 数据来生成和存在，我们配置 view，让它可以对
model 进行更改，并且能在 model 更新时也得到更新。 所以，我们需要决定在 app 中如何执行下列任务:

1. 构建—谁负责构建model和view，以及将两者连接起来?
2. 更新model—如何处理viewaction?
3. 改变view—如何将model的数据应用到view上去?
4. viewstate—如何处理导航和其他一些modelstate以外的状态?
5. 测试—为了达到一定程度的测试覆盖，要采取怎样的测试策略?

对于上面五个问题的回答，是构成 app 设计模式的基础要件。在本书中，我们会逐一研究这些 设计模式。

6.IOS 架构的5中模式：

IOS 架构的5中模式：

• 标准的CocoaModel-View-Controller(MVC)是Apple在示例项目中所采用的设计模 式。它是 Cocoa app 中最为常⻅的架构，同时也是在 Cocoa 中讨论架构时所采用的基 准线。
• Model-View-ViewModel+协调器(MVVM-C)是MVC的变种，它拥有单独的 “view-model” (视图模型) 和一个用来管理 view controller 的协调器。MVVM 使用数据 绑定 (通常会和响应式编程一起使用) 来建立 view-model 层和 view 层之间的连接。
• Model-View-Controller+ViewState(MVC+VS)这种模式将所有的viewstate集中到 一个地方，而不是让它们散落在 view 和 view controller 中。这和 model 层所遵循的规 则相同。
• Model适配器-View绑定器(ModelAdapter-ViewBinder,MAVB)是本书的一位作者所 使用的实验性质的架构。MAVB 专注于构建声明式的 view，并且抛弃 controller，采用 绑定的方式来在 model 和 view 之间进行通讯。
• Elm架构(TEA)与MVC或者MVVM这样的常⻅架构完全背道而驰。它使用虚拟view 层级来构建 view，并使用 reducer 来在 model 和 view 之间进行交互。

二，APP设计模式概览

1. Model-View-Controller

在 Cocoa MVC 中，一小部分 controller 对象负责处理 model 或者 view 层范畴之外的所有任 务。
这意味着，controller 层接收所有的 view action，处理所有的交互逻辑，发送所有的 model action，接收所有的 model 通知，对所有用来展示的数据进行准备，最后再将它们应用到 view 的变更上去。如果我们去看一下介绍一章中的 app 反馈回路的图，会发现在 model 和 view 之
间的箭头上，几乎每个标签都是 controller。而且要知道，在这幅图中，构建和导航任务并没有 标注出来，它们也会由 controller 来处理。
下面是 MVC 模式的框图，它展示了一个 MVC app 的主要通讯路径:

图中的虚线部分代表运行时的引用，view 层和 model 层都不会直接在代码中引用 controller。 实线部分代表编译期间的引用，controller 实例知道自己所连接的 view 和 model 对象的接口。
如果我们在这个图标外部描上边界的话，就得到了一个 MVC 版本的 app 反馈回路。注意在图 表中其他的路径并不参与整个反馈回路的路径 (也就是 view 层和 controller 层上那些指向自身 的箭头)。

1. 构建
   App 对象负责创建最顶层的 view controller，这个 view controller 将加载 view，并且知道应 该从 model 中获取哪些数据，然后把它们显示出来。Controller 要么显式地创建和持有 model 层，要么通过一个延迟创建的 model 单例来获取 model。在多文档配置中，model 层由更低层 的像是 UIDocument 或 NSDocument 所拥有。那些和 view 相关的单个 model 对象，通常会 被 controller 所引用并缓存下来。
2. 更改 Model
   在 MVC 中，controller 主要通过 target/action 机制和 (由 storyboard 或者代码进行设置的) delegate 来接收 view 事件。Controller 知道自己所连接的 view，但是 view 在编译期间却没有 关于 controller 接口的信息。当一个 view 事件到达时，controller 有能力改变自身的内部状态， 更改 model，或者直接改变 view 层级。
3. 更改 View
   在我们所理解的 MVC 中，当一个更改 model 的 view action 发生时，controller 不应该直接去 操作 view 层级。正确的做法是，controller 去订阅 model 通知，并且在当通知到达时再更改 view 层级。这样一来，数据流就可以单向进行:view action 被转变为 model 变更，然后 model 发送通知，这个通知最后被转为 view 变更。
4. View State
   View state 可以按需要被 store 在 view 或者 controller 的属性中。相对于影响 model 的 view action，那些只影响 view 或 controller 状态的 action 则不需要通过 model 进行传递。对于 view state 的存储，可以结合使用 storyboard 和 UIStateRestoring 来进行实现，storyboard 负责记录活跃的 controller 层级，而 UIStateRestoring 负责从 controller 和 view 中读取数据。
5. 测试
   在 MVC 中，view controller 与 app 的其他部件紧密相连。边界的缺失使得为 controller 编写 单元测试和接口测试十分困难，集成测试是余下的为数不多的可行测试手段之一。在集成测试 中，我们构建相连接的 view、model 和 controller 层，然后操作 model 或者 view，来测试是 否能得到我们想要的结果。
   集成测试的书写非常复杂，而且它涵盖的范围太广了。它不仅仅测试逻辑，也测试部件是如何 连接的 (虽然在一些情况下和 UI 测试的⻆度并不相同)。不过，在 MVC 中通过集成测试，通常 达到 80% 左右的测试覆盖率是有可能的。

• MVC 的重要性

因为 Apple 在所有的实例项目中都使用了这种模式，加上 Cocoa 本身就是针对这种模式设计 的，所以 Cocoa MVC 成为了 iOS，macOS，tvOS 和 watchOS 上官方认证的 app 架构模式。

• 历史

MVC 这个名字第一次被提出是在 1979 年，Trygve Reenskaug 用它来描述 Smalltalk-76 上已 经存在的 “template pattern” 应用。在他和 Adele Goldberg 讨论了术语方面的问题后，MVC 的名字被确定下来 (之前的名字包括 Model-View-Editor 和 Model-View-Tool-Editor 等)。
在原本的构想中，view 是直接 “附着” 在 model 层上，并观察所有 model 变化的。Controller 存在的目的仅仅是捕捉用戶事件，并把它们转发给 model。这两个特性都是 Smalltalk 运行方 式的产物，它们并不是为了现代的 app 框架所设计的，所以今天这种 MVC 的原始构想已经几 乎绝迹了。
Cocoa 中的 MVC 实现可以追溯到大约 1997 年的 NeXTSTEP 4 的年代。在那之前，所有现在 controller 所担当的⻆色，通常都由一个 (像是 NSWindow 那样的) 高层 view 类来扮演。之后， 从原始的 Smalltalk 的 MVC 实现中所发展出的理念是分离展示部分，也就是 view 层和 model 层应该被完全隔离开，这带来了一个强烈的需求，那就是要引入一个支持对象来辅助两者之间 的通讯。NeXTSTEP 中 controller 的概念和 Taligent 稍早的 Model-View-Presenter 中的 presenter (展示器) 很相似。不过，在现在 Model-View-Presenter 这个名字通常被用来指代那 些通过协议从 controller 中将 view 抽象出来的类似 MVC 的模式。

2. Model-View-ViewModel+协调器

MVVM 和 MVC 类似，也是通过基于场景 (scene，view 层级中可能会在导航发生改变时切入或者换出的子树) 进行的架构。相较于 MVC，MVVM 在每个场景中使用 view-model 来描述场景中的表现逻辑和交互逻辑。

View-model 在编译期间不包含对 view 或者 controller 的引用。它暴露出一系列属性，用来描 述每个 view 在显示时应有的值。把一系列变换运用到底层的 model 对象后，就能得到这些最 终可以直接设置到 view 上的值。实际将这些值设置到 view 上的工作，则由预先建立的绑定来 完成，绑定会保证当这些显示值发生变化时，把它设定到对应的 view 上去。响应式编程是用来 表达这类声明和变换关系的很好的工具，所以它天生就适合 (虽说不是严格必要) 被用来处理
view-model。在很多时候，整个 view-model 都可以用响应式编程绑定的方式，以声明式的形 式进行表达。

在理论上，因为 view-model 不包含对 view 层的引用，所以它是独立于 app 框架的，这让对于 view-model 的测试也可以独立于 app 框架。
由于 view-model 是和场景耦合的，我们还需要一个能够在场景间切换时提供逻辑的对象。在 MVVM-C 中，这个对象叫做协调器 (coordinator)。协调器持有对 model 层的引用，并且了解 view controller 树的结构，这样，它能够为每个场景的 view-model 提供所需要的 model 对象。
和 MVC 不同，MVVM-C 中的 view controller 从来都不会直接引用其他的 view controller (所 以，也不会引用其他的 view-model)。View controller 通过 delegate 的机制，将 view action 的信息告诉协调器。协调器据此显示新的 view controller 并设置它们的 model 数据。换句话 说，view controller 的层级是由协调器进行管理的，而不是由 view controller 来决定的。

这些特性所形成的架构的总体结构如下图所示:

如果我们忽略掉协调器，那么这张图表就很像 MVC 了，只不过在 view controller 和 model 之 间加入了一个阶段。MVVM 将之前在 view controller 中的大部分工作转移到了 view-model 中，但是要注意，view-model 并不会在编译时拥有对 view controller 的引用。
View-model 可以从 view controller 和 view 中独立出来，也可以被单独测试。同样，view controller 也不再拥有内部的 view state，这些状态也被移动到了 view-model 中。在 MVC 中 view controller 的双重⻆色 (既作为 view 层级的一部分，又负责协调 view 和 model 之间的交 互)，减少到了单一⻆色 (view controller 仅仅只是 view 层级的一部分)。
协调器模式的加入进一步减少了 view controller 所负责的部分:现在它不需要关心如何展示其 他的 view controller 了。因此，这实际上是以添加了一层 controller 接口为代价，降低了 view controller 之间的耦合。

1. 构建
   对于 model 的创建和 MVC 中的保持不变，通常它是一个顶层 controller 的职责。不过，单独
   的 model 对象现在属于 view-model，而不属于 view controller。
   初始的 view 层级的创建和 MVC 中的一样，通过 storyboard 或者代码来完成。和 MVC 不同的 是，view controller 不再直接为每个 view 获取和准备数据，它会把这项工作交给 view-model。 View controller 在创建的时候会一并创建 view-model，并且将每个 view 绑定到 view-model 所暴露出的相应属性上去。
2. 更改 Model
   在 MVVM 中，view controller 接收 view 事件的方式和 MVC 中一样 (在 view 和 view controller 之间建立连接的方式也相同)。不过，当一个 view 事件到达时，view controller 不会 去改变自身的内部状态、view state、或者是 model。相对地，它立即调用 view-model 上的方 法，再由 view-model 改变内部状态或者 model。
3. 更改 View
   和 MVC 不同，view controller 不监听 model。View-model 将负责观察 model，并将 model 的通知转变为 view controller 可以理解的形式。View controller 订阅 view-model 的变更，这 通常通过一个响应式编程框架来完成，但也可以使用任意其他的观察机制。当一个 view-model 事件来到时，由 view controller 去更改 view 层级。
   为了实现单向数据流，view-model 总是应该将变更 model 的 view action 发送给 model，并 且仅仅在 model 变化实际发生之后再通知相关的观察者。
4. View State
   View state 要么存在于 view 自身之中，要么存在于 view-model 里。和 MVC 不同，view controller 中不存在任何 view state。View-model 中的 view state 的变更，会被 controller 观 察到，不过 controller 无法区分 model 的通知和 view state 变更的通知。当使用协调器时， view controller 层级将由协调器进行管理。
5. 测试
   因为 view-model 和 view 层与 controller 层是解耦合的，所以可以使用接口测试来测试 view-model，而不需要像 MVC 里那样使用集成测试。接口测试要比集成测试简单得多，因为 不需要为它们建立完整的组件层次结构。
   为了让接口测试尽可能覆盖更多的范围，view controller 应当尽可能简单，但是那些没有被移 出 view controller 的部分仍然需要单独进行测试。在我们的实现中，这部分内容包括与协调器 的交互，以及初始时负责创建工作的代码。

• MVVM 的重要性

MVVM 是 iOS 上最流行的 MVC 的非直接变形的 app 设计模式。换言之，它和 MVC 相比，并没有非常大的不同;两者都是围绕 view controller 场景构建的，而且所使用的机制也大都相同。

最大的区别可能在于 view-model 中对响应式编程的使用了，它被用来描述一系列的转换和依 赖关系。通过使用响应式编程来清晰地描述 model 对象与显示值之间的关系，为我们从总体上 理解应用中的依赖关系提供了重要的指导。

iOS 中的协调器是一种很有用的模式，因为管理 view controller 层级是一件非常重要的事情。 协调器在本质上并没有和 MVVM 绑定，它也能被使用在 MVC 或者其他模式上。

• 历史

MVVM 由 Ken Cooper 和 Ted Peters 提出，他们当时在微软工作，负责后来变成 Windows Presentation Foundation (WPF) 的项目，这是微软.NET 的 app 框架，并于 2005 年正式发布。

WPF 使用一种基于 XML，被称为 XAML 的描述性语言来描述 view 所绑定的某个 view-model 上的属性。在 Cocoa 中，没有 XAML，我们必须使用像是 RxSwift 这样的框架和一些 (通常存 在于 controller 中的) 代码来完成 view-model 和 view 的绑定。

MVVM 和我们在 MVC 历史中提到的 MVP 模式非常类似. 不过，在 Cooper 和 Peters 的论述中， MVVM 中 view 和 view-model 的绑定需要明确的框架支持，但 presenter 是通过传统的手动 方式来传递变化。

iOS 中的协调器则是最近才 (重新) 流行起来的，Soroush Khanlou 在 2015 年时在他的网站上描述了这个想法。协调器基于 app controller 这样的更古老的模式，而它们在 Cocoa 和其他平台上已经存在了有数十年之久。

3. Model-View-Controller+ViewState

MVC+VS 是为标准的 MVC 带来单向数据流方式的一种尝试。在标准的 Cocoa MVC 中，view state 可以由两到三种不同的路径进行操作，MVC+VS 则试图避免这点，让 view state 的处理 更加易于管理。在 MVC+VS 中，我们明确地在一个新的 model 对象中，对所有的 view state 进行定义和表达，我们把这个对象叫做 view state model。

在 MVC+VS 中，我们不会忽略任何一次导航变更，列表选择，文本框编辑，开关变更，model 展示或者滚动位置变更 (或者其他任意的 view state 变化)。我们将这些变更发送给 view state model。每个 view controller 负责监听 view state model，这样变更的通讯会非常直接。在表现或者交互逻辑部分，我们不从 view 中去读取 view state ，而是从 view state model 中去获 取它们:

4. Model-View-Controller

5. Model-View-Controller