iOS Touch Event from the inside out

1 Touch Event 的生命周期

1.1 物理层面事件的生成

iPhone 采用电容触摸传感器，利用人体的电流感应工作，由一块四层复合玻璃屏的内表面和夹层各涂有一层导电层，最外层是一层矽土玻璃保护层。当我们手指触摸感应屏的时候，人体的电场让手指和触摸屏之间形成一个耦合电容，对高频电流来说电容是直接导体。于是手指从接触点吸走一个很小的电流，这个电流分从触摸屏的四脚上的电极流出，并且流经这四个电极的电流和手指到四个电极的距离成正比。控制器通过对这四个电流的比例做精确的计算，得出触摸点的距离。

1.2 iOS 操作系统下封装和分发事件

iOS 操作系统看做是一个处理复杂逻辑的程序，不同进程之间彼此通信采用消息发送方式，即 IPC (Inter-Process Communication)。现在继续说上面电容触摸传感器产生的 Touch Event，它将交由 IOKit.framework 处理封装成 IOHIDEvent 对象；下一步很自然想到通过消息发送方式将事件传递出去，至于发送给谁，何时发送等一系列的判断逻辑又该交由谁处理呢？

答案是 SpringBoard.app，它接收到封装好的 IOHIDEvent 对象，经过逻辑判断后做进一步的调度分发。例如，它会判断前台是否运行有应用程序，有则将封装好的事件采用 mach port 机制传递给该应用的主线程。

Port 机制在 IPC 中的应用是 Mach 与其他传统内核的区别之一，在 Mach 中，用户进程调用内核交由 IPC 系统。与直接系统调用不同，用户进程首先向内核申请一个 port 的访问许可；然后利用 IPC 机制向这个 port 发送消息，本质还是系统调用，而处理是交由其他进程完成的。

1.3 IOHIDEvent -> UIEvent

应用程序主线程的 runloop 申请了一个 mach port 用于监听 IOHIDEvent 的 Source1 事件，回调方法是 __IOHIDEventSystemClientQueueCallback()，内部又进一步分发 Source0 事件，而 Source0 事件都是自定义的，非基于端口 port，包括触摸，滚动，selector选择器事件，它的回调方法是 __UIApplicationHandleEventQueue()，将接收到的 IOHIDEvent 事件对象封装成我们熟悉的 UIEvent 事件；然后调用 UIApplication 实例对象的 sendEvent: 方法，将 UIEvent 传递给 UIWindow 做一些逻辑判断工作：比如触摸事件产生于哪些视图上，有可能有多个，那又要确定哪个是最佳选项呢？等等一系列操作。这里先按下不表。

1.4 Hit-Testing 寻找最佳响应者

Source0 回调中将封装好的触摸事件 UIEvent（里面有多个UITouch 即手势点击对象），传递给视图 UIWindow，其目的在于找到最佳响应者，这个过程称之为 Hit-Testing，字面上理解：hit 即触碰了屏幕某块区域，这个区域可能有多个视图叠加而成，那么这个触摸讲道理响应者有多个喽，那么“最佳”又该如何评判？这里要牢记几个规则：

事件是自下而上传递，即 UIApplication -> UIWindow -> 子视图 -> ...->子视图中的子视图;
后加的视图响应程度更高，即更靠近我们的视图;
如果某个视图不想响应，则传递给比它响应程度稍低一级的视图，若能响应，你还得继续往下传递，若某个视图能响应了，但是没有子视图它就是最佳响应者。
寻找最佳响应者的过程中， UIEvent 中的 UITouch 会不断打上标签：比如 HitTest View 是哪个，superview 是哪个？关联了什么 Gesture Recognizer?

那么如何判定视图为响应者？由于 OC 中的类都继承自 NSObject ，因此默认判断逻辑已经在hitTest:withEvent方法中实现，它有两个作用： 1.询问当前视图是否能够响应事件 2.事件传递的桥梁。若当前视图无法响应事件，返回 nil 。代码如下：

- (UIView *)hitTest:(CGPoint)point withEvent:(UIEvent *)event{ 
  // 1. 前置条件要满足       
  if (self.userInteractionEnabled == NO || 
  self.hidden == YES ||  
  self.alpha <= 0.01) return nil;
  
  // 2. 判断点是否在视图内部 这是最起码的 note point 是在当前视图坐标系的点位置
    if ([self pointInside:point withEvent:event] == NO) return nil;

  // 3. 现在起码能确定当前视图能够是响应者 接下去询问子视图
    int count = (int)self.subviews.count;
    for (int i = count - 1; i >= 0; i--)
    {
      // 子视图
        UIView *childView = self.subviews[i];
    
    // 点需要先转换坐标系        
        CGPoint childP = [self convertPoint:point toView:childView];  
        // 子视图开始询问
        UIView *fitView = [childView hitTest:childP withEvent:event]; 
        if (fitView)
        {
      return fitView;
    }
    }
                         
    return self;
}

首先满足几个前置条件，可交互userInteractionEnabled=YES；没有隐藏self.hidden == NO；非透明 self.alpha <= 0.01 ———— 注意一旦不满足上述三个条件，当前视图及其子视图都不能作为响应者，Hit-Testing 判定也止步于此
接着判断触摸点是否在视图内部 ———— 这个是最基本，无可厚非的判定规则
此时已经能够说当前视图为响应者，但是不是最佳还不能下定论，因此需要进一步传递给子视图判定；注意 pointInside 也是默认实现的。

1.5 UIResponder Chain 响应链

Hit-Testing 过程中我们无法确定当前视图是否为“最佳”响应者，此时自然还不能处理事件。因此处理机制应该是找到所有响应者以及最佳响应者(自下而上)，由它们构成了一条响应链；接着将事件沿着响应链自上而下传递下去 ———— 最顶端自然是最佳响应者，事件除了被响应者消耗，还能被手势识别器或是 target-action 模式捕获并消耗。有时候，最佳响应者可能对处理 Event “毫无兴趣”，它们不会重写 touchBegan touchesMove..等四个方法；也不会添加任何手势；但如果是 control(控件) 比如 UIButton ，那么事件还是会被消耗掉的。

1.6 UITouch 、 UIEvent 、UIResponder

IOHIDEvent 前面说到是在 IOKit.framwork 中生成的然后经过一系列的分别才到达前台应用，然后应用主线程runloop处理source1回调中又进行source0事件分发，这里有个封装UIEvent的过程，那么 UITouch 呢？是不是也是那时候呢？换种思路：一个手指一次触摸屏幕生成一个 UITouch 对象，内部应该开始进行识别了，因为可能是多个 Touch，并且触摸的先后顺序也不同，这样识别出来的 UIEvent 也不同。所以 UIEvent 对象中包含了触发该事件的触摸对象的集合，通过 allTouches 属性获取。

每个响应者都派生自 UIResponder 类，本身具有相应事件的能力，响应者默认实现 touchesBegin touchesMove touchesEnded touchesCancelled四个方法。

事件在未截断的情况下沿着响应链传递给最佳响应者，伪代码如下：

0 - [AView touchesBegan:withEvent
1 - [UIWindow _sendTouchesForEvent]
2 - [UIWindow sendEvent]           
3 - [UIApplication sendEvent]      
4 __dispatchPreprocessEventFromEventQueue
5 __handleEventQueueInternal
6 _CFRUNLOOP_IS_CALLING_OUT_TO_A_SOURCE0_PERFORM_FUNCTION_
7 _CFRunLOOPDoSource0
8 _CFRunLOOPDoSources0
9 _CFRunLoopRun
10 _CFRunLoopRunSpecific
11 GSEventRunModal
12 UIApplication
13 main
14 start

// UIApplication.m
- (void)sendEvent {
  [window sendEvent];
}

// UIWindow.m
- (void)sendEvent{
  [self _sendTouchesForEvent];
}

- (void)_sendTouchesForEvent{
  //find AView Because we know hitTest View
  [AView touchesBegan:withEvent];
}

1.8 几个注意点(待修)

重写 UIWindow 的sendEvent 方法，里面可以捕获 event， event中包含了 UIWindow view 等信息
UITouchesEvent 包含 UIEvent 以及 touches 数组，每个 touch 都因为 hitTest 判断逻辑绑定 window 和最佳响应view。
这里要注意：每一个响应者对象 UIResponder 类都有一个 nextResponder 方法，用于获取响应链中当前对象的下一个响应者（自上而下），因此一旦事件的最佳响应者确定了，整个响应链就确定了。UIResponder 类中默认实现 touchesBegan touchesCancelled touchesMoved touchesEnded 方法都有沿着响应链向下传递的实现！因此如果你重写了 touchesBegan 但是没有调用 [super touchesBegan]，那么事件传递止步于此。
hit-Testing 首先进行，为了寻找最佳响应者；接着将 UIEvent 沿着响应链自上而下传递，优先传递给 UIGestureRecognizer 然后才是 hitTest View最佳响应者；但是尽管先传递给手势识别器但是手势识别是需要一定时间的，所以可能还是会暂时响应 touchesbegan 方法 ,一旦识别成功，则会调touchescancel。当然提供了 cancelsTouchesInView delaysTouchesBegan delaysTouchesEnded 属性来控制传递流程。
证明是先传递给手势识别器，我们自定义一个手势识别器然后重写touchesXXX 四个方法。不过手势识别器不是UIResponder的派生类，方法是定义在 UIGestureRecognizerSubclass.h 中
假如自定义手势识别器，识别一个点击事件，并且希望延迟0.15秒发送给hitTestView，倘若点击事件比较短，只有0.12秒此时事件没识别消耗殆尽后被释放，那么也就没有可能再发送给hitTestView 的 touchesBegan

2 测试案例

Touch Event 的生命周期分为两个阶段：一、Hit-Testing 自下往上寻找到最佳响应者；二、由于 UIEvent 中绑定了相关的 UIWindow,UIView 以及 Gesture。

2.1 Hit-Testing 检测顺序

测试方式：自定义 PTView，然后重写 hitTest: withEvent: 以及 pointInside: withEvent:，点击不同的位置，查看调用顺序。

#import "PTView.h"

IB_DESIGNABLE
@interface PTView()
@property (nonatomic, strong)IBInspectable NSString *identifier;
@end

@implementation PTView

- (void)drawRect:(CGRect)rect {
    CGSize size = [self.identifier sizeWithAttributes:@{NSFontAttributeName : [UIFont systemFontOfSize:14.f]}];
    [self.identifier drawInRect:CGRectMake(0, CGRectGetHeight(rect) - size.height, size.width, size.height) withAttributes: @{NSFontAttributeName : [UIFont systemFontOfSize:14.f]}];
}

- (UIView *)hitTest:(CGPoint)point withEvent:(UIEvent *)event {
    NSLog(@"视图 %@ 响应了 %@ ", self.identifier,NSStringFromSelector(_cmd));
    return [super hitTest:point withEvent:event];
}

- (BOOL)pointInside:(CGPoint)point withEvent:(UIEvent *)event {
    NSLog(@"视图 %@ 响应了 %@ ", self.identifier,NSStringFromSelector(_cmd));
    return [super pointInside:point withEvent:event];
}

@end

XIB 视图层级：

iOS Touch Event from the inside out_第1张图片

Screen Shot 2017-10-18 at 11.54.07 PM.png

主视图
|—— A
|   └──B
└── C
    └──D
    └──E

原则：

自下而上 UIWindow(s) -> UIView(s)->SubView(s) ... 以此类推
同一层级的视图，优先检查后加的视图

2.2 Touch Event 发送顺序

Reversed

Reference

iphone手机的屏幕工作原理
Mach中的PORT机制