淘宝iOS扫一扫架构升级 - 设计模式的应用

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本文在“扫一扫功能的不断迭代，基于设计模式的基本原则，逐步采用设计模式思想进行代码和架构优化”的背景下，对设计模式在扫一扫中新的应用进行了总结。

背景

扫一扫是淘宝镜头页中的一个重要组成，功能运行久远，其历史代码中较少采用面向对象编程思想，而较多采用面向过程的程序设计。

随着扫一扫功能的不断迭代，我们基于设计模式的基本原则，逐步采用设计模式思想进行代码和架构优化。本文就是在这个背景下，对设计模式在扫一扫中新的应用进行了总结。

扫一扫原架构

扫一扫的原架构如图所示。其中逻辑&展现层的功能逻辑很多，并没有良好的设计和拆分，举几个例子：

  1. 所有码的处理逻辑都写在同一个方法体里，一个方法就接近 2000 多行。
  2. 庞大的码处理逻辑写在 viewController 中，与 UI 逻辑耦合。

按照现有的代码设计，若要对某种码逻辑进行修改，都必须将所有逻辑全量编译。如果继续沿用此代码，扫一扫的可维护性会越来越低。

因此我们需要对代码和架构进行优化，在这里优化遵循的思路是：

  1. 了解业务能力
  2. 了解原有代码逻辑，不确定的地方通过埋点等方式线上验证
  3. 对原有代码功能进行重写/重构
  4. 编写单元测试，提供测试用例
  5. 测试&上线

扫码能力综述

扫一扫的解码能力决定了扫一扫能够处理的码类型，这里称为一级分类。基于一级分类，扫一扫会根据码的内容和类型，再进行二级分类。之后的逻辑，就是针对不同的二级类型，做相应的处理，如下图为技术链路流程。

设计模式

▐ 责任链模式

上述技术链路流程中，码处理流程对应的就是原有的 viewController 里面的巨无霸逻辑。通过梳理我们看到，码处理其实是一条链式的处理，且有前后依赖关系。优化方案有两个，方案一是拆解成多个方法顺序调用；方案二是参考苹果的 NSOperation 独立计算单元的思路，拆解成多个码处理单元。方案一本质还是没解决开闭原则（对扩展开放，对修改封闭）问的题。方案二是一个比较好的实践方式。那么怎么设计一个简单的结构来实现此逻辑呢？

码处理链路的特点是，链式处理，可控制处理的顺序，每个码处理单元都是单一职责，因此这里引出改造第一步：责任链模式。

责任链模式是一种行为设计模式， 它将请求沿着处理者链进行发送。收到请求后， 每个处理者均可对请求进行处理， 或将其传递给链上的下个处理者。

本文设计的责任链模式，包含三部分：

  1. 创建数据的 Creator
  2. 管理处理单元的 Manager
  3. 处理单元 Pipeline

‍三者结构如图所示

包含的功能和特点：

  1. 因为数据是基于业务的，所以它只被声明为一个 Protocol ，由上层实现。
  2. Creator 对数据做对象化，对象生成后 self.generateDataBlock(obj, Id) 即开始执行

API 代码示例如下


/// 数据产生协议 <CreatorProtocol>
@protocol TBPipelineDataCreatorDelegate <NSObject>
@property (nonatomic, copy) void(^generateDataBlock)(id data, NSInteger dataId);
@end

上层业务代码示例如下

@implementation TBDataCreator
@synthesize generateDataBlock;
- (void)receiveEventWithScanResult:(TBScanResult *)scanResult
                     eventDelegate:(id <TBScanPipelineEventDeletate>)delegate {
    //对数据做对象化                
    TBCodeData *data = [TBCodeData new];
    data.scanResult = scanResult;
    data.delegate = delegate;

    NSInteger dataId = 100;
    //开始执行递归
    self.generateDataBlock(data, dataId);
}
@end

包含的功能和特点：1. 管理创建数据的 Creator 2. 管理处理单元的 Pipeline 3. 采用支持链式的点语法，方便书写

API 代码示例如下


@interface TBPipelineManager : NSObject
/// 添加创建数据 Creator
- (TBPipelineManager *(^)(id<TBPipelineDataCreatorDelegate> dataCreator))addDataCreator;
/// 添加处理单元 Pipeline
- (TBPipelineManager *(^)(id<TBPipelineDelegate> pipeline))addPipeline;
/// 抛出经过一系列 Pipeline 的数据。当 Creator 开始调用 generateDataBlock 后，Pipeline 就开始执行
@property (nonatomic, strong) void(^throwDataBlock)(id data);
@end

实现代码示例如下



@implementation TBPipelineManager
- (TBPipelineManager *(^)(id<TBPipelineDataCreatorDelegate> dataCreator))addDataCreator {
    @weakify
    return ^(id<TBPipelineDataCreatorDelegate> dataCreator) {
        @strongify
        if (dataCreator) {
            [self.dataGenArr addObject:dataCreator];
        }
        return self;
    };
}

- (TBPipelineManager *(^)(id<TBPipelineDelegate> pipeline))addPipeline {
    @weakify
    return ^(id<TBPipelineDelegate> pipeline) {
        @strongify
        if (pipeline) {
            [self.pipelineArr addObject:pipeline];

            //每一次add的同时，我们做链式标记（通过runtime给每个处理加Next）
            if (self.pCurPipeline) {
                NSObject *cur = (NSObject *)self.pCurPipeline;
                cur.tb_nextPipeline = pipeline;
            }
            self.pCurPipeline = pipeline;
        }
        return self;
    };
}

- (void)setThrowDataBlock:(void (^)(id _Nonnull))throwDataBlock {
    _throwDataBlock = throwDataBlock;

    @weakify
    //Creator的数组，依次对 Block 回调进行赋值，当业务方调用此 Block 时，就是开始处理数据的时候
    [self.dataGenArr enumerateObjectsUsingBlock:^(id<TBPipelineDataCreatorDelegate>  _Nonnull obj, NSUInteger idx, BOOL * _Nonnull stop) {
        obj.generateDataBlock = ^(id<TBPipelineBaseDataProtocol> data, NSInteger dataId) {
            @strongify
            data.dataId = dataId;
            //开始递归处理数据
            [self handleData:data];
        };
    }];
}

- (void)handleData:(id)data {
    [self recurPipeline:self.pipelineArr.firstObject data:data];
}

- (void)recurPipeline:(id<TBPipelineDelegate>)pipeline data:(id)data {
    if (!pipeline) {
        return;
    }

    //递归让pipeline处理数据
    @weakify
    [pipeline receiveData:data throwDataBlock:^(id  _Nonnull throwData) {
        @strongify
        NSObject *cur = (NSObject *)pipeline;
        if (cur.tb_nextPipeline) {
            [self recurPipeline:cur.tb_nextPipeline data:throwData];
        } else {
            !self.throwDataBlock?:self.throwDataBlock(throwData);
        }
    }];
}
@end

包含的功能和特点：

  1. 因为数据是基于业务的，所以它只被声明为一个 Protocol ，由上层实现。

API 代码示例如下

@protocol TBPipelineDelegate <NSObject>
//如果有错误，直接抛出
- (void)receiveData:(id)data throwDataBlock:(void(^)(id data))block;
@end

上层业务代码示例如下


//以A类型码码处理单元为例
@implementation TBGen3Pipeline
- (void)receiveData:(id <TBCodeDataDelegate>)data throwDataBlock:(void (^)(id data))block {
    TBScanResult *result = data.scanResult;
    NSString *scanType = result.resultType;
    NSString *scanData = result.data;

    if ([scanType isEqualToString:TBScanResultTypeA]) {
        //跳转逻辑
        ...
        //可以处理，终止递归
        BlockInPipeline();
    } else {
        //不满足处理条件，继续递归：由下一个 Pipeline 继续处理
        PassNextPipeline(data);
    }
}
@end

有了上述的框架和上层实现，生成一个码处理管理就很容易且能达到解耦的目的，代码示例如下

- (void)setupPipeline {
    //创建 manager 和 creator
    self.manager = TBPipelineManager.new;
    self.dataCreator = TBDataCreator.new;

    //创建 pipeline
    TBCodeTypeAPipelie *codeTypeAPipeline = TBCodeTypeAPipelie.new;
    TBCodeTypeBPipelie *codeTypeBPipeline = TBCodeTypeBPipelie.new;
    //...
    TBCodeTypeFPipelie *codeTypeFPipeline = TBCodeTypeFPipelie.new;

    //往 manager 中链式添加 creator 和 pipeline
    @weakify
    self.manager
    .addDataCreator(self.dataCreator)
    .addPipeline(codeTypeAPipeline)
    .addPipeline(codeTypeBPipeline) 
    .addPipeline(codeTypeFPipeline) 
    .throwDataBlock = ^(id data) {
        @strongify
        if ([self.proxyImpl respondsToSelector:@selector(scanResultDidFailedProcess:)]) {
            [self.proxyImpl scanResultDidFailedProcess:data];
        }
    };
}

状态模式

回头来看下码展示的逻辑，这是我们用户体验优化的重要一项内容。码展示的意思是对于当前帧/图片，识别到的码位置，我们进行锚点的高亮并跳转。这里包含三种情况：1. 未识别到码的时候，无锚点展示 2. 识别到单码的时候，展示锚点并在指定时间后跳转 3. 识别到多码额时候，展示锚点并等待用户点击

可以看到，这里涉及到简单的展示状态切换，这里就引出改造的第二步：状态模式

状态模式是一种行为设计模式， 能在一个对象的内部状态变化时改变其行为， 使其看上去就像改变了自身所属的类一样。

本文设计的状态模式，包含两部分：

  1. 状态的信息 StateInfo
  2. 状态的基类 BaseState

两者结构如图所示

▐ 状态的信息 StateInfo

包含的功能和特点：

  1. 当前上下文仅有一种状态信息流转
  2. 业务方可以保存多个状态键值对，状态根据需要执行相应的代码逻辑。

状态信息的声明和实现代码示例如下


@interface TBBaseStateInfo : NSObject {
    @private
    TBBaseState<TBBaseStateDelegate> *_currentState; //记录当前的 State
}
//使用当前的 State 执行
- (void)performAction;
//更新当前的 State
- (void)setState:(TBBaseState <TBBaseStateDelegate> *)state;
//获取当前的 State
- (TBBaseState<TBBaseStateDelegate> *)getState;
@end

@implementation TBBaseStateInfo
- (void)performAction {
    //当前状态开始执行
    [_currentState perfromAction:self];
}
- (void)setState:(TBBaseState <TBBaseStateDelegate> *)state {
    _currentState = state;
}
- (TBBaseState<TBBaseStateDelegate> *)getState {
    return _currentState;
}
@end

上层业务代码示例如下 


typedef NS_ENUM(NSInteger, TBStateType) {
    TBStateTypeNormal, //空状态
    TBStateTypeSingleCode, //单码展示态
    TBStateTypeMultiCode, //多码展示态
};

@interface TBStateInfo : TBBaseStateInfo
//以 key-value 的方式存储业务 type 和对应的状态 state
- (void)setState:(TBBaseState<TBBaseStateDelegate> *)state forType:(TBStateType)type;
//更新 type，并执行 state
- (void)setType:(TBStateType)type;
@end

@implementation TBStateInfo

- (void)setState:(TBBaseState<TBBaseStateDelegate> *)state forType:(TBStateType)type {
    [self.stateDict tb_setObject:state forKey:@(type)];
}

- (void)setType:(TBStateType)type {
    id oldState = [self getState];
    //找到当前能响应的状态
    id newState = [self.stateDict objectForKey:@(type)];
    //如果状态未发生变更则忽略
    if (oldState == newState)
        return;
    if ([newState respondsToSelector:@selector(perfromAction:)]) {
        [self setState:newState];
        //转态基于当前的状态信息开始执行
        [newState perfromAction:self];
    }
}
@end

▐ 状态的基类 BaseState

包含的功能和特点：

  1. 定义了状态的基类
  2. 声明了状态的基类需要遵循的 Protocol

Protocol 如下，基类为空实现，子类继承后，实现对 StateInfo 的处理。- 


@protocol TBBaseStateDelegate <NSObject>
- (void)perfromAction:(TBBaseStateInfo *)stateInfo;
@end

上层（以单码 State 为例）代码示例如下

@interface TBSingleCodeState : TBBaseState
@end

@implementation TBSingleCodeState

//实现 Protocol
- (void)perfromAction:(TBStateInfo *)stateAction {
    //业务逻辑处理 Start
    ...
    //业务逻辑处理 End
}

@end

▐ 业务层调用

以下代码生成一系列状态，在合适时候进行状态的切换。


//状态初始化
- (void)setupState {
    TBSingleCodeState *singleCodeState = TBSingleCodeState.new; //单码状态
    TBNormalState *normalState = TBNormalState.new; //正常状态
    TBMultiCodeState *multiCodeState = [self getMultiCodeState]; //多码状态

    [self.stateInfo setState:normalState forType:TBStateTypeNormal];
    [self.stateInfo setState:singleCodeState forType:TBStateTypeSingleCode];
    [self.stateInfo setState:multiCodeState forType:TBStateTypeMultiCode];
}

//切换常规状态
- (void)processorA {
    //...
    [self.stateInfo setType:TBStateTypeNormal];
    //...
}

//切换多码状态
- (void)processorB {
    //...
    [self.stateInfo setType:TBStateTypeMultiCode];
    //...
}

//切换单码状态
- (void)processorC {
    //...
    [self.stateInfo setType:TBStateTypeSingleCode];
    //...
}

最好根据状态机图编写状态切换代码，以保证每种状态都有对应的流转。

次态→初态↓ 状态A 状态B 状态C
状态A 条件A ... ...
状态B ... ... ...
状态C ... ... ...

代理模式

在开发过程中，我们会在越来越多的地方使用到上图能力，比如「淘宝拍照」的相册中、「扫一扫」的相册中，用到解码、码展示、码处理的能力。

因此，我们需要把这些能力封装并做成插件化，以便在任何地方都能够使用。这里就引出了我们改造的第三步：代理模式。

代理模式是一种结构型设计模式，能够提供对象的替代品或其占位符。代理控制着对于原对象的访问， 并允许在将请求提交给对象前后进行一些处理。

本文设计的状态模式，包含两部分：

  1. 代理单例 GlobalProxy
  2. 代理的管理 ProxyHandler

两者结构如图所示

▐ 代理单例 GlobalProxy

单例的目的主要是减少代理重复初始化，可以在合适的时机初始化以及清空保存的内容。单例模式对于 iOSer 再熟悉不过了，这里不再赘述。

▐ 代理的管理 Handler

维护一个对象，提供了对代理增删改查的能力，实现对代理的操作。这里实现 Key - Value 的 Key 为 Protocol ，Value 为具体的代理。

代码示例如下



+ (void)registerProxy:(id)proxy withProtocol:(Protocol *)protocol {
    if (![proxy conformsToProtocol:protocol]) {
        NSLog(@"#TBGlobalProxy, error");
        return;
    }
    if (proxy) {
        [[TBGlobalProxy sharedInstance].proxyDict setObject:proxy forKey:NSStringFromProtocol(protocol)];
    }
}

+ (id)proxyForProtocol:(Protocol *)protocol {
    if (!protocol) {
        return nil;
    }
    id proxy = [[TBGlobalProxy sharedInstance].proxyDict objectForKey:NSStringFromProtocol(protocol)];
    return proxy;
}

+ (NSDictionary *)proxyConfigs {
    return [TBGlobalProxy sharedInstance].proxyDict;
}

+ (void)removeAll {
    [TBGlobalProxy sharedInstance].proxyDict = [[NSMutableDictionary alloc] init];
}

▐ 业务层的调用

所以不管是什么业务方，只要是需要用到对应能力的地方，只需要从单例中读取 Proxy， 实现该 Proxy 对应的 Protocol， 如一些回调、获取当前上下文等内容，就能够获取该 Proxy 的能力。


//读取 Proxy 的示例
- (id <TBScanProtocol>)scanProxy {
    if (!_scanProxy) {
        _scanProxy = [TBGlobalProxy proxyForProtocol:@protocol(TBScanProtocol)];
    }
    _scanProxy.proxyImpl = self;
    return _scanProxy;
}

//写入 Proxy 的示例（解耦调用）
- (void)registerGlobalProxy {
    //码处理能力
    [TBGlobalProxy registerProxy:[[NSClassFromString(@"TBScanProxy") alloc] init]
                    withProtocol:@protocol(TBScanProtocol)];
    //解码能力
    [TBGlobalProxy registerProxy:[[NSClassFromString(@"TBDecodeProxy") alloc] init]
                    withProtocol:@protocol(TBDecodeProtocol)];
}

扫一扫新架构‍

基于上述的改造优化，我们将原扫一扫架构进行了优化：将逻辑&展现层进行代码分拆，分为展现层、逻辑层，接口层。以达到层次分明、职责清晰、解耦的目的。

总结

上述沉淀的三个设计模式作为扫拍业务的 Foundation 的 Public 能力，应用在镜头页的业务逻辑中。

通过此次重构，提高了扫码能力的复用性，结构和逻辑的清晰带来的是维护成本的降低，不用再大海捞针从代码“巨无霸”中寻找问题，降低了开发人日。

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