臧成威的博客

不要让惯性影响你的未来

聊一聊iOS开发中的惰性计算

首先给大家讲一个笑话:

有一只小白兔,跑到蔬菜店里问老板:“老板,有100个胡萝卜吗?”。老板说:“没有那么多啊。”,小白兔失望的说道:“哎,连100个胡萝卜都没有。。。”。
第二天小白兔又来到蔬菜店问老板:“今天有100个胡萝卜了吧?”,老板尴尬的说:“今天还是缺点,明天就能好了。”,小白兔又很失望的走了。
第三天小白兔刚一推门,老板就高兴的说道:“有了有了,从前天就进货的100个胡萝卜到货了。”,小白兔说:“太好了,我要买2根!”。。。

不晓得笑话是否博您一笑,但是这里面确有一个点是和我们的主题惰性计算相关的。试想一下,假设蔬菜店是一个电商,你是老板,你挂商品数量的时候,是100个,1000个,还是真实的备货2个?显然做过淘宝的同学都知道这其中的玄机,就是先挂大的余量,有卖出再补货。所以,如果这个老板先回答有100个胡萝卜,再等它要2个的时候把自己备货的2个拿给它,是不是就免去了100个胡萝卜的物流?

在程序开发中,我们也会经常的遇到这样的问题,明明创建了很大的一个对象,但是其实只用了一个字段;明明创建了一个500个的数组,其实只用了第0个和第1个元素。遇到这类问题,我们可以尝试使用惰性计算来解决。

关于惰性计算,或者惰性求值。想必大家第一反应就是在getter里动态返回属性了。例如有一个很大的属性,你希望在有人调用的时候才创建,就可以这样写:

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- (id)someBigProperty
{
    if (_someBigProperty == nil) {
        NSMutableArray *someBigProperty = [NSMutableArray array];
        for (int i = 0; i < 100000; ++i) {
            [someBigProperty addObject:@(i)];
        }
        _someBigProperty = [someBigProperty copy];
    }

    return _someBigProperty;
}

本文当然不拘泥于大家耳熟能详的知识点进行阐述了。上述的代码虽然也能勉强叫惰性求值,但并非足够理想。为什么说是“勉强叫”呢?大家想想上面的笑话,其实这样做和老板的做法并无差别。首先店里没有100个胡萝卜,就好像这个对象没有_someBigProperty属性一样。一旦有人需要100个“胡萝卜”,就循环100000次创建这个_someBigProperty属性。然后可能使用者只需要第0个。

另外在实际项目中这样的一个手段几乎被大家严重的乱用了,为什么说是乱用呢?除了创建非常大的属性、或者创建对象的时候有一些必要的副作用不能提前创建之外,几乎不应该使用惰性求值来处理类似逻辑。原因如下:

  • 如果真的是很大的属性,一般它比较重要,很可能会被访问,要不要在getter中写出来意义不大。
  • @property的atomic、nonatomic、copy、strong等描述在有getter方法的属性上会失效,后人修改代码的时候可能只改了@property声明,并不会记得改getter,于是隐患就这样埋下了。
  • 代码含有了隐私操作,尤其getter中再混杂了各种逻辑,使得程序出现问题非常不好排查。后人哪会想到someObj.someProperty这样一个简简单单的取属性发生了很多奇妙的事。
  • 代码多,本来代码只需要在init方法中创建用上一两行,结果用了至少7行的一个getter方法才能写出来,想想一个程序轻则数百个属性,都这么搞,得多出多少行代码?另外代码格式几乎完全一样,不符合DRY原则。好的程序员不应该总是写重复的代码,不是么?(某人说一个程序里面,20-30个属性已经算非常多了,只能是眼界问题了)
  • 性能损耗,对于属性取值可能会非常的频繁,如果所有的属性取值之前都经过一个if判断,这不是平白浪费的性能?

我们回到正题。既然简单改写一下getter不但解决不了问题还有这么多隐患,那我们该如何能够正确优雅的把惰性计算写好?下面给大家一些建议。

观察上面的代码,你会发现_someBigProperty是一个非常规则的NSArray,它的item内容与下标相等。我们可以看出item的结果与index存在如下关系:

f(x) = x

类似的可以有很多,例如> 100的为@“world”0 <= x <= 100的为@“hello”;item为下标的平方;item为下标的数值转换成的字符串等。所以这类NSArray,基本需要一个count和一个函数就可以构成了。那我们现在就基于NSArray这个类簇,实现一个特殊的类吧!

关于类簇,相信很多同学都有所了解,大概的说法是不可以直接继承一个NSArrayNSNumberNSString这样的类。如果要继承需要实现全部的必要方法,在NSArray这个类簇来说,就是如下的方法:

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@interface NSArray<__covariant ObjectType> : NSObject <NSCopying, NSMutableCopying, NSSecureCoding, NSFastEnumeration>

@property (readonly) NSUInteger count;
- (ObjectType)objectAtIndex:(NSUInteger)index;
- (instancetype)init NS_DESIGNATED_INITIALIZER;
- (instancetype)initWithObjects:(const ObjectType [])objects count:(NSUInteger)cnt NS_DESIGNATED_INITIALIZER;
- (nullable instancetype)initWithCoder:(NSCoder *)aDecoder NS_DESIGNATED_INITIALIZER;

@end

当然除了NSArray类的基本方法,还有NSCopyingNSMutableCopyingNSSecureCoding这些协议需要实现,另外NSFastEnumberation协议已经默认实现完成,不需要额外处理。与惰性计算无关的细节大家可以自己填补,对于本例,我们只需要关心这几个方法的实现:

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typedef id(^ItemBlock)(NSUInteger index);

@interface ZDynamicArray : NSArray

- (instancetype)initWithItemBlock:(ItemBlock)block count:(NSUInteger)cnt;
- (id)objectAtIndex:(NSUInteger)index;
- (NSUInteger)count;
@end

按照上文的说法,对于这样一个特殊的NSArray,我们真正要储存的数据只有一个count值外加一个函数,所以我们用这两个作为init参数。实现也很简单:

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@interface ZDynamicArray()

@property (nonatomic, readonly) ItemBlock block;
@property (nonatomic, readonly) NSUInteger cnt;
@end

@implementation ZDynamicArray

- (instancetype)initWithItemBlock:(ItemBlock)block count:(NSUInteger)cnt
{
    if (self = [super init]) {
        _block = block;
        _cnt = cnt;
    }
    return self;
}

- (NSUInteger)count
{
    return self.cnt;
}

- (id)objectAtIndex:(NSUInteger)index
{
    if (self.block) {
        return self.block(index);
    } else {
        return nil;
    }
}

@end

瞧,就这么简单的写好了。让我们试一下吧!

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ZDynamicArray *array = [[ZDynamicArray alloc] initWithItemBlock:^id(NSUInteger index) {
    return @(index);
} count:100000];

for (id v in array) {
    NSLog(@"%@", v);
}

NSLog(@"%@", array[15]);

一个看似10w数据的数组,其实占用空间微乎其微,但是作用和最开始那样的代码效果一样。很不错吧。大家也可以动手实践,写一些自己需要用到的惰性计算代码,例如一个Model的数组,并非所有的Model都需要用到,我们也可以做成这样的一个数组,等用到的时候再从NSDicitonary转换成Model。就像这样:

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NSArray *downloadData = @[@{}, @{}, @{}, @{}];

NSArray *modelArray = [[ZDynamicArray alloc] initWithItemBlock:^id(NSUInteger index) {
    return [SomeModel modelFromDictionary:downloadData[index]];
} count:downloadData.count];

好了,惰性计算就说到这里了。大家善加利用,一定可以写一些好玩的东西的。

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