ObservableObject研究——想说爱你不容易
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本文主要研究在SwiftUI中，采用单一数据源(Single Source of Truth)的开发模式，ObservableObject是否为最佳选择。是否可以在几乎不改变现有设计思路下进行新的尝试，以提高响应效率。最后提供了一个仍采用单一数据源设计思路但完全弃用ObservableObject的方式。
单一数据源
我是在去年阅读王巍写的《SwiftUI 与 Combine 编程》才第一次接触到单一数据源这一概念的。
•将 app 当作一个状态机，状态决定用户界面。•这些状态都保存在一个 Store 对象中，被称为 State。•View 不能直接操作 State，而只能通过发送 Action 的方式，间接改变存储在 Store 中的 State。•Reducer 接受原有的 State 和发送过来的 Action，生成新的 State。•用新的 State 替换 Store 中原有的状态，并用新状态来驱动更新界面。
Redux架构
在该书中结合作者之前Redux、RxSwift等开发经验，提供了一个SwiftUI化的范例程序。之后我也继续学习了一些有关的资料，并通过阅读Github上不少的开源范例，基本对这一方式有所掌握，并在健康笔记中得以应用。总的来说，当前在SwiftUI框架下，大家的实现手段主要的不同都体现在细节上，大的方向、模式、代码构成基本都差不多：
•Store对象遵守ObservableObject协议•State保存在Store对象中，并使用@Published进行包装。从而在State发生变化时通知Store•Store对象通过@ObservedObject 或 @EnvironmentObject与View建立依赖•Store对象在State变化后通过objectWillChange的Pbulisher通知与其已建立依赖关系的View进行刷新•View发送Action -> Recudcer(State,Action) -> newState 周而复始•由于SwiftUI的双向绑定机制，数据流并非完全单向的•在部分视图中可以结合SwiftUI通过的其他包装属性如@FetchRequest等将状态局部化
后两项是利用SwiftUI的特性，也可以不采用，完全采用单向数据流的方式
基于以上方法，在SwiftUI中进行单一数据源开发是非常便利的，在多数情况下执行效率、响应速度都是有基本保证的。不过就像我在上一篇文章 @State研究 中提到过的，当随着动态数据量的增大、与Store保有依赖关系的View数量提高到一定程度后，整个app的响应效率便会急剧恶化。
恶化的原因主要有以下几点：
1.对于遵循ObservableObject对象的依赖注入时机2.View的精细化3.依赖通知接口唯一性。State（状态集合）中任何的单一元素发生变化都将通知所有与Store有依赖的View进行重绘。
我就以上几点逐条进行分析。
对于遵循ObservableObject对象的依赖注入时机
在 @State研究 中的 什么时候建立的依赖？章节中，我们通过了一段代码进行过@State和@ObservedObject对于依赖注入时机的推测。结果就是通过使用@ObservedObject或@EnvironmentObject进行的依赖注入，编译器没有办法根据当前View的具体内容来进行更精确的判断，只要你的View中进行了声明，依赖关系变建立了。
代码语言：javascript复制struct MainView: View { @ObservedObject var store = AppStore() var body: some View { print("mainView") return Form { SubView(date: $store.date) Button("修改日期") { self.store.date = Date().description } } }}struct SubView: View { @Binding var date: String var body: some View { print("subView") return Text(date) }}class AppStore:ObservableObject{ @Published var date:String = Date().description}执行后输出如下：
代码语言：javascript复制mainViewsubViewmainViewsubView...更详细的分析请参见 @State研究
即使你只在View中发送action，并没有显示State中的数据或使用其做判断，该View也会被强制刷新。甚至，如果你像我一样，忘了移除在View中的声明，View也同样会被更新。
如果类似的View比较多，你的app将会出现大量的无效更新。
View的精细化
这里所指的View是你自己构建的遵循View协议的结构体。
在SwiftUI下开发，无论是主观还是客观都需要你将View的表述精细化，用更多的子View来组成你的最终视图，而不是把所有的代码都尽量写在同一个View上。
主观方面
•更小的耦合性•更强的复用性
客观方面
ViewBuilder的设计限制
FunctionBuilder作为Swift5.1的重要新增特性，成为了SwiftUI声明式编程的基础。它为在Swift代码中实现DSL带来了极大的便利。不过作为一个新生产物，它目前的能力还并不十分的强大。目前它仅提供非常有限的逻辑语句 在编写代码中，为了能够实现更多逻辑和丰富的UI，我们必须把代码分散到各个View中，再最终合成。否则你会经常获得无法使用过多逻辑等等的错误提示。
以Body为单位的优化机制
SwiftUI为了减少View的重绘其实做了大量的工作，它以View的body为单位进行非常深度的优化（body是每个View的唯一入口；View中使用func -> some View无法享受优化，只有独立的View才可以）。SwiftUI在程序编译时便已将所有的View编译成View树，它尽可能的只对必须要响应状态变化的View（@State完美的支持）进行重绘工作。用户还可以通过自行设置Equatable的比对条件进一步优化View重绘策略。
Xcode的代码实时解析能力限制
如果你在同一个View中写入了过多的代码，Xcode的代码提示功能几乎就会变得不可用了。我估计应该是解析DSL本身的工作量非常大，我们在View body中写的看起来不多的描述语句，其实后面对应的是非常多的具体代码。Xcode的代码提示总会超出了它合理的计算时间而导致故障。此时只需把View分解成几个View，即使仍然在同一个文件中，Xcode的工作也会立刻正常起来。
预览的可靠性限制
新的预览功能本来会极大的提升布局及调试效率，但由于其对复杂代码的支持并不完美，将View分割后，通过使用合适的Preview控制语句可以高效、无错的对每个子View进行独立预览。
从上面几点看，无论从任何角度，更精细化的View描述都是十分合适的。
但由于在单一数据源的情况下，我们将会有更多的View和Store建立依赖。众多的依赖将使我们无法享受到SwiftUI提供的View更新优化机制。
有关View优化的问题大家可以参考 《SwiftUI编程思想》一书中View更新机制的介绍，另外swiftui-lab上也有探讨Equality的文章。
依赖通知接口唯一性
State（状态集合）中任何的单一元素的变化都将通知所有与Store有依赖的View进行重绘。
使用@Published对State进行了包装。在State的值发生变化后，其会通过Store（ObservableObject协议）提供的ObjectWillChangePublisher发送通知，所有与其有依赖的View进行刷新。
代码语言：javascript复制class AppStore:ObservableObject{ @Published var state = State() ...}struct State{ var userName:String = "" var login:Bool = false var selection:Int = 0}对于一个并不复杂的State来说，尽管仍有无效动作，但整体效率影响并不大，但是如果你的app的State里面内容较多，更新较频繁，View的更新压力会陡然增大。尤其State中本来很多数据的变化性是不高的，大量的View只需要使用变化性低的数据，但只要State发生任何改动，都将被迫重绘。
如何改善
在发现了上述的问题后，开始逐步尝试找寻解决的途径。
第一步 减少注入依赖
针对只要声明则就会形成依赖的的问题，我第一时间想到的就是减少注入依赖。首先不要在代码中添加不必要的依赖声明；对于那些只需要发送Action但并不使用State的View，将store定义成全部变量，无需注入直接使用。
代码语言：javascript复制//AppDelegate中lazy var store = Store()//let store = (UIApplication.shared.delegate as! AppDelegate).storestruct ContentView:View{ var body:some View{ Button("直接使用Action"){ store.dispatch(.test) } }}//其他需要依赖注入的View则正常使用struct OtherView:View{ @EnvironmentObject var store:Store var boyd:some View{ Text(store.state.name) }}第二步 将无必要性的状态区域化
听起来这条貌似背离了单一数据源的思想，不过其实在app中，有非常多的状态仅对当前View或小范围的View有效。如果能够合理的进行设计，这些状态信息在自己的小区域中完全可以很好地自我管理，自我维持。没有必要统统汇总到State中。
在区域范围内来创建被维持一个小的状态，主要可以使用以下几种手段：
•善用@State 在 @State研究 这篇文章中,我们讨论了SwiftUI对于@State的优化问题。如果设计合理，我们可以将无关大局的信息，保存在局部View。同时通过对@State的二度包装，我们同样可以完成所需要的副作用。该View的子View如果使用了@Binding，也只对局部的View树产生影响。另外也可以将常用的View修饰通过ViewModifier进行包装。ViewModifier可以维持自己的@State，可以自行管理状态。•创建自己的@EnviromentKey或PreferenceKey，仅注入需要的View树分支同EnviromentObject类似，注入EnviromentKey的依赖也是显性的
代码语言：javascript复制 @Environment(.myKey) var currentPage我们可以通过以下方式，更改该EnvironmentKey的值，但作用范围仅针对当前View下面的子View分支
代码语言：javascript复制 Button("修改值"){ self.currentPage = 3 } SubView() .environment(.myKey, currentPage)EnvironmentObject也是可以在任意某个分支注入依赖的，不过由于其是引用类型，通常任何分支的改动，都仍然会对整个View树其他的使用者造成影响。
同理，我们也可以使用PreferenceKey，只将数据注入到当前View之上的层级。
值类型无论如何都要比引用类型都更可控些。
•在当前View使用SwiftUI提供的其他包装属性我现在最常使用的SwiftUI的其他包装属性就属@FetchRequest了。除了必要的数据放置于State中，我对于CoreDate的大多数据需求都通过该属性包装器来完成。@FetchRequest目前有不足之处，比如无法进行更精细的批量指定、明确惰性状态、获取限制等，不过相对于它带来的便利性，我还是完全可以接受的。FetchRequest完全可以实现同其他CoreData NSFetchRequest一样的程序化Request设定，结合上面的方式同样可以将Request生成器放在Store中而不影响当前View。
代码语言：javascript复制 struct SideView: View { @Environment(.managedObjectContext) var context @State var search: Search? var body: some View { VStack(alignment: .leading) { SearchView( onSearch: self.onSearch ) InsideListView(fetchRequest: makeFetchRequest()) //根据上面的search 来生成不同谓词对应的fetchrequest. } } private func makeFetchRequest() -> FetchRequest<Book> { let predicate: NSPredicate? if let search = search { let textPredicate = NSPredicate(format: "string CONTAINS[cd] %@", search.text) let appPredicate = NSPredicate(format: "appName == %@", search.app) let typePredicate = NSPredicate(format: "type == %@", search.type) var predicates: [NSPredicate] = [] if search.text.count >= 3 { predicates.append(textPredicate) } if search.app != Constants.all { predicates.append(appPredicate) } if search.type != Constants.all { predicates.append(typePredicate) } predicate = NSCompoundPredicate(andPredicateWithSubpredicates: predicates) } else { predicate = nil } return FetchRequest<Book>( entity: Book.entity(), sortDescriptors: [ NSSortDescriptor(keyPath: Book.date, ascending: false) ], predicate: predicate ) } private func onSearch(_ search: Search) { if search.text.count < 3 && search.type != Constants.all && search.app != Constants.all { self.search = nil } else { self.search = search } } } private struct InsideListView: View { @Environment(.managedObjectContext) var context var fetchRequest: FetchRequest<Book> //只声明,内容需要由调用者来设定 var body: some View { List(items) { ForEach } } private var items: FetchedResults<Book> { fetchRequest.wrappedValue } }我相信，下一步SwiftUI应该还会提供更多的直接将状态控制在局部的包装器。
第三步 和ObservedObject说再见
只要我们的View还需要依赖单一数据源的State，前面我们做努力就都付之东流了。但坚持单一数据源的设计思路又是十分明确的。由于任何状态的变化ObservedObject只有通过ObjectWillChangePublisher这一个途径来通知与其依赖的View，因此我们如果要解决这个问题，只能放弃使用ObservedObject，通过自己创建视图和State中每个独立元素的依赖关系，完成我们的优化目的。
Combine当然是首选。我希望达到的效果如下：
•State仍然以目前的形式保存在Store中，整个程序的结构基本和使用ObservedObject一样•State中每个元素可以自己通知与其依赖的View而不通过@Published•每个View可以根据自己的需要同State中的元素建立依赖关系，State中其他无关的变化不会导致其被强制刷新•State中的数据仍然支持Binding等操作，而且能够支持各种形式的结构设定
基于以上几点，我最终采用了如下的解决方案：
1、Store不变，只是去掉了ObservedObject
代码语言：javascript复制class Store{ var state = AppState() ...}2、State结构如下
代码语言：javascript复制struct AppState{ var name = CurrentValueSubject<String,Never>("肘子") var age = CurrentValueSubject<Int,Never>(100)}通过使用CurrentValueSubject来创建指定类型的Publisher。
3、通过如下方式注入
代码语言：javascript复制//当前View只需要显示namestruct ContentView:View{ @State var name:String = "" var body:some View{ Form{ Text(name) } .onReceive(store.state.name, perform: { name in self.name = name }) }}我们需要显式的在每个View中把需要依赖的元素单独通过.onReceive获取并保存到本地。
4、修改State中的值
代码语言：javascript复制//基于View-> Action 来修改State的机制extension Store{ //例程并非遵循action，不过也是调用Store，意会即可 fune test{ state.name.value = "大肘子" }}//在上面的ContentView中添加Button("修改名字"){ store.test()}5、支持Binding
代码语言：javascript复制extension CurrentValueSubject{ var binding:Binding<Output>{ Binding<Output>(get: {self.value}, set: {self.value = $0}) }}//使用bindingTextField("姓名",text:store.state.name.binding)6、对结构体支持Binding
代码语言：javascript复制struct Student{ var name = "fat" var age = 18}struct AppState{ var student = CurrentValueSubject<Student,Never>(Student())}extension CurrentValueSubject{ func binding<Value>(for keyPath:WritableKeyPath<Output,Value>)->Binding<Value>{ Binding<Value>(get: {self.value[keyPath:keyPath]}, set: { self.value[keyPath:keyPath] = $0}) }}//使用BindingTextField("studentName:",text: store.state.student.binding(for: .name))7、对于更复杂的State元素设计的Binding支持。如果你却有必要在State中创建以上Binding方式无法支持的格式可以通过使用我另一篇文章中 @State研究最后创建的增强型@MyState来完成特殊的需要，你对本地的 studentAge做的任何改动都将自动的反馈到State中
代码语言：javascript复制struct ContentView:View{ @MyState<String>(wrappedValue: String(store.state.student.value.age), toAction: { store.state.student.value.age = Int($0) ?? 0 }) var studentAge var body:some View{ TextField("student age:",text: $studentAge) }}至此我们便达成了之前设定的全部目标。
•只对原有的程序结构做微小的调整•State中每个元素都会在自改动时独立的发出通知•每个View可以只与自己有关的State中的元素创建依赖•对Binding的完美支持
追加：减少代码量
在实际的使用中，上述解决方案会导致每个View的代码量有了一定的增长。尤其是当你忘了写.onReceive时，程序并不会报错，但同时数据不会实时响应，反倒增加排查错误的难度。通过使用属性包装器，我们可以将Publisher订阅和变量声明合二为一，进一步的优化上述的解决方案。
代码语言：javascript复制@propertyWrapperstruct ObservedPublisher<P:Publisher>:DynamicProperty where P.Failure == Never{ private let publisher:P @State var cancellable:AnyCancellable? = nil @State public private(set) var wrappedValue:P.Output private var updateWrappedValue = MutableHeapWrapper<(P.Output)->Void>({ _ in }) init(publisher:P,initial:P.Output) { self.publisher = publisher self._wrappedValue = .init(wrappedValue: initial) let updateWrappedValue = self.updateWrappedValue self._cancellable = .init(initialValue: publisher .delay(for: .nanoseconds(1), scheduler: RunLoop.main) .sink(receiveValue: { updateWrappedValue.value($0) })) } public mutating func update() { let _wrappedValue = self._wrappedValue updateWrappedValue.value = { _wrappedValue.wrappedValue = $0} } }public final class MutableHeapWrapper<T> { public var value: T @inlinable public init(_ value: T) { self.value = value }}上面的代码来自于开源项目SwiftUIX，我对其进行了很小修改使其能够适配CurrentValueSubject
使用方法
代码语言：javascript复制@ObservedPublisher(publisher: store.state.title, initial: "") var title至此，我们进一步的减少了代码量，并且基本消除了由于漏写.onReceive而可能出现的问题。
上述代码我已经放到了Github
总结
之所以进行这方面的探讨是由于我的app出现了响应的粘滞（和我心目中iOS平台上该有的丝滑感有落差）。在研究学习的过程中也让我对SwiftUI的有了进一步的认识。无论我提出的思路是否正确，至少整个过程让我获益匪浅。
在我做这方面学习的过程中，恰好也发现了另外一位朋友提出了类似的观点，并提出了他的解决方案。由于他之前有RxSwift上开发大型项目的经验，他的解决方案使用了快照（SnapShot）的概念。注入方式采用EnvironmetKey，对于State元素的无效修改（比如说和原值相同）做了比较好的过滤。可以到他的博客查看该文。
最后希望Apple能够在将来提供更原生的方式解决以上问题。
