手把手教你封装网络层

作者：Tomasz Szulc，原文链接，原文日期：2016-07-30
译者：智多芯；校对：Crystal Sun；定稿：CMB

同时负责两个项目是个探索应用架构的好机会，可以在项目中试验一下已有的想法或刚学到的知识。我最近学习了如何封装一个网络层框架，说不定对你有所帮助。

如今的移动应用几乎都是“客户端-服务端（client-server）”架构，在应用里都会有网络层，大小不同而已。我见过很多种实现方式，但都有一些缺陷。当然这并不是说，我最近实现的这个一点缺陷也没有，但至少在目前的两个项目上都运行的很不错。测试覆盖率也将近百分百。

本文涉及的网络层仅限发送 JSON 请求给后端，也不会太复杂。该网络层会和亚马逊 AWS 通信，然后向它发送一些文件。这个网络层框架能容易地扩展其他功能。

思考过程

以下是我在开始写一个网络层之前会问自己的一些问题：

• 后端 URL 相关的代码放在哪？
• 端点（endpoint）相关的代码放在哪？
• 构建请求的代码放在哪？
• 为请求准备参数的代码放在哪？
• 应该把认证令牌（authentication token）保存在哪？
• 如何执行请求？
• 何时何处执行请求？
• 是否需要考虑取消请求？
• 是否需要考虑错误的后端响应，是否需要考虑一些后端的 bug？
• 是否需要使用第三方库？应该使用哪些库？
• 是否有任何 Core Data 相关的东西进行传递？
• 如何测试解决方案。

保存后端URL

首先，后端 URL 相关的代码放在哪？系统的其他部分代码如何知道在哪里发送请求？我倾向于创建一个 BackendConfiguration 类用来保存这些信息。

import Foundation

public final class BackendConfiguration {
    let baseURL: NSURL

    public init(baseURL: NSURL) {
        self.baseURL = baseURL
    }

    public static var shared: BackendConfiguration!
}

这样易于测试，也易于配置。可以在网络层的任何地方读写静态变量 shared，而不必到处传递。

let backendURL = NSURL(string: "https://szulctomasz.com")!
BackendConfiguration.shared = BackendConfiguration(baseURL: backendURL)

端点

在找到一个行得通的办法之前，我尝试过配置 NSURLSession 时在代码中硬编码端点。也尝试过新建一个管理端点的虚拟对象，它能够容易地被初始化和注入。不过这些都不是想要的方案。

接着我想到一个办法，创建一个 Request 对象，这个对象知道向哪个端点发送请求，知道该用 GET、POST、PUT 还是其他方法，也知道如何配置请求的消息体和头部。

以下代码就是想到的方案：

protocol BackendAPIRequest {
    var endpoint: String { get }
    var method: NetworkService.Method { get }
    var parameters: [String: AnyObject]? { get }
    var headers: [String: String]? { get }
}

一个遵循了该协议的类能够提供必要的构建请求的基本信息。其中的 NetworkService.Method 只是一个枚举，包含了 GET, POST, PUT, DELETE几种方法。

用下面这段代码举例说明映射了某个端点的请求：

final class SignUpRequest: BackendAPIRequest {
    private let firstName: String
    private let lastName: String
    private let email: String
    private let password: String

    init(firstName: String, lastName: String, email: String, password: String) {
        self.firstName = firstName
        self.lastName = lastName
        self.email = email
        self.password = password
    }

    var endpoint: String {
        return "/users"
    }

    var method: NetworkService.Method {
        return .POST
    }

    var parameters: [String: AnyObject]? {
        return [
            "first_name": firstName,
            "last_name": lastName,
            "email": email,
            "password": password
        ]
    }

    var headers: [String: String]? {
        return ["Content-Type": "application/json"]
    }
}

为了避免总是为 headers 创建字典，可以为 BackendAPIRequest 定义一个 extension。

extension BackendAPIRequest {
    func defaultJSONHeaders() -> [String: String] {
        return ["Content-Type": "application/json"]
    }
}

Request 类利用所有必需的参数创建一个可用的请求。要保证把所有必需的参数都传给了 Request 类，否则没法创建请求。

定义端点就很简单了。如果端点需要包含一个对象 id，添加也非常简单，因为实际上只要把这个 id 作为属性保存在 SignUpRequest 类中就可以了：

private let id: String

init(id: String, ...) {
  self.id = id
}

var endpoint: String {
  return "/users/\(id)"
}

请求方法不变、参数易于构建和维护，头部也一样，这样就很容易对它们进行测试了。

执行请求

是否需要使用第三方库和后端通信？

有很多人都在用 AFNetworking(Objective-C) 和 Alamofire(Swift)。我也用过很多次，但有时候我就不使用它们了。毕竟有 NSURLSession 可以很好地实现需求，就没必要使用第三方库了。在我看来，这些依赖会导致应用架构越来越复杂。

目前的解决方案由两个类组成：NetworkService 和 BackendService。

NetworkService：可以执行HTTP请求，它内部集成了 NSURLSession。每个网络服务一次只能执行一个请求，也能够取消请求（很大的优势），而且请求成功和失败时都会有回调。

BackendService：（不是一个很酷的名字，但恰到好处）用来将请求（就是上面提到的 Request 类）发送给后端。在内部使用了 NetworkService。在当前使用的版本中，尝试用 NSJSONSerializer 将后端返回的响应数据序列化成 JSON 格式的数据。

class NetworkService {
    private var task: NSURLSessionDataTask?
    private var successCodes: Range = 200..<299
    private var failureCodes: Range = 400..<499

    enum Method: String {
        case GET, POST, PUT, DELETE
    }

    func request(url url: NSURL, method: Method,
                 params: [String: AnyObject]? = nil,
                 headers: [String: String]? = nil,
                 success: (NSData? -> Void)? = nil,
                 failure: ((data: NSData?, error: NSError?, responseCode: Int) -> Void)? = nil) {

        let mutableRequest = NSMutableURLRequest(URL: url, cachePolicy: .ReloadIgnoringLocalAndRemoteCacheData,
                                                 timeoutInterval: 10.0)
        mutableRequest.allHTTPHeaderFields = headers
        mutableRequest.HTTPMethod = method.rawValue
        if let params = params {
            mutableRequest.HTTPBody = try! NSJSONSerialization.dataWithJSONObject(params, options: [])
        }

        let session = NSURLSession.sharedSession()
        task = session.dataTaskWithRequest(mutableRequest, completionHandler: { data, response, error in
            // 判断调用是否成功
            // 回调处理
        })

        task?.resume()
    }

    func cancel() {
        task?.cancel()
    }
}


class BackendService {
    private let conf: BackendConfiguration
    private let service: NetworkService!

    init(_ conf: BackendConfiguration) {
        self.conf = conf
        self.service = NetworkService()
    }

    func request(request: BackendAPIRequest,
                 success: (AnyObject? -> Void)? = nil,
                 failure: (NSError -> Void)? = nil) {

        let url = conf.baseURL.URLByAppendingPathComponent(request.endpoint)

        var headers = request.headers
        // 必要时设置 authentication token
        headers?["X-Api-Auth-Token"] = BackendAuth.shared.token

        service.request(url: url, method: request.method, params: request.parameters, headers: headers, success: { data in
            var json: AnyObject? = nil
            if let data = data {
                json = try? NSJSONSerialization.JSONObjectWithData(data, options: [])
            }
            success?(json)

            }, failure: { data, error, statusCode in
                // 错误处理，并调用错误处理代码
        })
    }

    func cancel() {
        service.cancel()
    }
}

BackendService 可以在 headers 中设置认证令牌（authentication token）。其中 BackendAuth 只是个简单的对象，用来将令牌保存到 UserDefaults 中。在必要的时候，也可以将令牌保存在 Keychain 中。

BackendService 将 BackendAPIRequest 作为 request(_:success:failure:) 方法的参数从 request 对象中提取出必要的信息，这保持了很好的封装性。

public final class BackendAuth {

    private let key = "BackendAuthToken"
    private let defaults: NSUserDefaults

    public static var shared: BackendAuth!

    public init(defaults: NSUserDefaults) {
        self.defaults = defaults
    }

    public func setToken(token: String) {
        defaults.setValue(token, forKey: key)
    }

    public var token: String? {
        return defaults.valueForKey(key) as? String
    }

    public func deleteToken() {
        defaults.removeObjectForKey(key)
    }
}

NetworkService，BackendService 和 BackendAuth 三者都可以很容易地测试和维护。

将请求入队

这里涉及了几个问题。我们希望通过什么方式执行网络请求？当想要一次执行多次请求呢？一般情况下，当请求成功或失败时，希望以什么方式通知我们？

我使用了 NSOperationQueue 和 NSOperation 来执行网络请求。在继承 NSOperation 之后，重写它的 asynchronous 属性并返回 true。

public class NetworkOperation: NSOperation {
    private var _ready: Bool
    public override var ready: Bool {
        get { return _ready }
        set { update({ self._ready = newValue }, key: "isReady") }
    }

    private var _executing: Bool
    public override var executing: Bool {
        get { return _executing }
        set { update({ self._executing = newValue }, key: "isExecuting") }
    }

    private var _finished: Bool
    public override var finished: Bool {
        get { return _finished }
        set { update({ self._finished = newValue }, key: "isFinished") }
    }

    private var _cancelled: Bool
    public override var cancelled: Bool {
        get { return _cancelled }
        set { update({ self._cancelled = newValue }, key: "isCancelled") }
    }

    private func update(change: Void -> Void, key: String) {
        willChangeValueForKey(key)
        change()
        didChangeValueForKey(key)
    }

    override init() {
        _ready = true
        _executing = false
        _finished = false
        _cancelled = false
        super.init()
        name = "Network Operation"
    }

    public override var asynchronous: Bool {
        return true
    }

    public override func start() {
        if self.executing == false {
            self.ready = false
            self.executing = true
            self.finished = false
            self.cancelled = false
        }
    }

    /// 只用于子类，外部调用时应使用 `cancel`.
    func finish() {
        self.executing = false
        self.finished = true
    }

    public override func cancel() {
        self.executing = false
        self.cancelled = true
    }
}

接着，因为想通过 BackendService 执行网络调用，所以继承了 NetworkOperation，并创建了 ServiceOperation。

public class ServiceOperation: NetworkOperation {
    let service: BackendService

    public override init() {
        self.service = BackendService(BackendConfiguration.shared)
        super.init()
    }

    public override func cancel() {
        service.cancel()
        super.cancel()
    }
}

这个类已经在它内部创建了 BackendService，所以就没必要每次都在子类中创建一次。

下面是 SignInOperation 的代码：

public class SignInOperation: ServiceOperation {
    private let request: SignInRequest

    public var success: (SignInItem -> Void)?
    public var failure: (NSError -> Void)?

    public init(email: String, password: String) {
        request = SignInRequest(email: email, password: password)
        super.init()
    }

    public override func start() {
        super.start()
        service.request(request, success: handleSuccess, failure: handleFailure)
    }

    private func handleSuccess(response: AnyObject?) {
        do {
            let item = try SignInResponseMapper.process(response)
            self.success?(item)
            self.finish()
        } catch {
            handleFailure(NSError.cannotParseResponse())
        }
    }

    private func handleFailure(error: NSError) {
        self.failure?(error)
        self.finish()
    }
}

在 SignInOperation 初始化时创建了登录请求，随后在 start 方法中执行它。handleSuccess 和 handleFailure 两个方法作为回调传递给了服务的 request(_:success:failure:) 方法。我觉得这让代码看起来更干净，可读性更强。

将 Operations 传给 NetworkQueue 对象。NetworkQueue对象是一个单例，可以将每个 Operation 入队。暂时尽量让代码保持简洁吧：

public class NetworkQueue {
    public static var shared: NetworkQueue!

    let queue = NSOperationQueue()

    public init() {}

    public func addOperation(op: NSOperation) {
        queue.addOperation(op)
    }
}

那么，在同一个地方执行Operation 都有什么好处呢？

• 方便取消所有的网络请求。

• 为了给用户更好的体验，当网络不好的时候，取消所有正在下载图像或请求非必需数据的操作。
• 可以构建一个优先级队列用于提前执行一些请求，以便更快地得到结果。

和Core Data共处

这是我不得不推迟发表这篇文章的原因。在之前的几个网络层版本中，Operation 都会返回 Core Data 对象。接收到的响应会被解析并转换成 Core Data 对象。可是这种方案远远不够完美。

• SignInOperation需要知道 Core Data 是个什么东西。由于我把数据模型独立出来了，因此网络库也需要知晓数据模型。
• 每个 SignInOperation 都需要增加一个额外的 NSManagedObjectContext 参数，用来决定在什么上下文执行操作。
• 每次接收到响应并准备调用 success 的代码之前，都会在 Core Data 上下文中查找对象，然后访问磁盘并将其提取出来。我觉得这是个不足的地方，并不是每次都想创建 Core Data 对象。

所以我想到应该把 Core Data 完完全全地从网络层中分离出去。于是创建了一个中间层，其实也就是一些在解析响应时创建的对象。

• 这样一来，解析和创建对象就很快了，而且不用访问磁盘。
• 不再需要将 NSManagedObjectContext 传给 SignInOperation 了。
• 可以在 success 代码块中使用解析过的数据来更新 Core Data 对象，然后引用之前可能保存在某处的 Core Data 对象——这是我在将 SignInOperation 入队时会碰到的情况。

映射响应

响应映射器的思想主要是将解析逻辑和 JSON 映射逻辑分成多个有用的单项。

可以两种不同的解析器区分开来，第一种只解析一个特定类型的对象，第二种用来解析对象数组。

首先定义一个通用协议：

public protocol ParsedItem {}

下面是映射器的映射结果：

public struct SignInItem: ParsedItem {
    public let token: String
    public let uniqueId: String
}

public struct UserItem: ParsedItem {
    public let uniqueId: String
    public let firstName: String
    public let lastName: String
    public let email: String
    public let phoneNumber: String?
}

再定义一个错误类型，以便在解析发生错误时抛出。

internal enum ResponseMapperError: ErrorType {
    case Invalid
    case MissingAttribute
}

• Invalid：当解析到的 JSON 为 nil 且不该为 nil，或者是一个对象数组而不是期望的只含单个对象的 JSON 时抛出。
• MissingAttribute：名字本身就能说明它的作用了。当 key 在 JSON 中不存在，或者解析后值为 nil 且不该为 nil 时抛出。

ResponseMapper的实现如下：

class ResponseMapper {
    static func process(obj: AnyObject?, parse: (json: [String: AnyObject]) -> A?) throws -> A {
        guard let json = obj as? [String: AnyObject] else { throw ResponseMapperError.Invalid }
        if let item = parse(json: json) {
            return item
        } else {
            L.log("Mapper failure (\(self)). Missing attribute.")
            throw ResponseMapperError.MissingAttribute
        }
    }
}

其中 process 静态方法的参数分别是 obj（也就是从后端返回的JSON）和 parse 方法（该方法会解析 obj 并返回一个 ParsedItem 类型的 A 对象）。

既然有了这个通用的映射器，接着就可以创建具体的映射器了。先来看看用于解析 SignInOperation 响应的映射器：

protocol ResponseMapperProtocol {
    associatedtype Item
    static func process(obj: AnyObject?) throws -> Item
}

final class SignInResponseMapper: ResponseMapper, ResponseMapperProtocol {
    static func process(obj: AnyObject?) throws -> SignInItem {
        return try process(obj, parse: { json in
            let token = json["token"] as? String
            let uniqueId = json["unique_id"] as? String
            if let token = token, let uniqueId = uniqueId {
                return SignInItem(token: token, uniqueId: uniqueId)
            }
            return nil
        })
    }
}

ResponseMapperProtocol协议为具体的映射器定义了用于解析响应的方法。

接着，这样的映射器就可以用在 operation 的 success 代码块中了。而且可以直接操作指定类型的具体对象，而不是字典。这样一切都可以很容易地进行测试了。

下面是解析数组的映射器：

final class ArrayResponseMapper {
    static func process(obj: AnyObject?, mapper: (AnyObject? throws -> A)) throws -> [A] {
        guard let json = obj as? [[String: AnyObject]] else { throw ResponseMapperError.Invalid }

        var items = [A]()
        for jsonNode in json {
            let item = try mapper(jsonNode)
            items.append(item)
        }
        return items
    }
}

其中 process 静态方法的参数分别是 obj 和 mapper 方法，成功解析之后会返回一个数组。如果有某一项解析失败，可以抛出一个错误，或者更糟地直接返回一个空数组作为该映射器的结果，你来决定。另外，这个映射器希望传给它的 �obj 参数（从后端返回的响应数据）是个 JSON 数组。

下面是整个网络层的 UML 图：

diagram

示例项目

可以在GitHub上找的示例项目。该项目中用到了伪造的后端 URL，所以任何请求都不会有响应。提供这个示例只是想让你对这个网络层的结构有个大致的认识。

总结

我发现用这种方法封装的网络层不仅简单而且很有用：

• 最大的优点在于，可以很容易地新增类似上文提到的 Operation，而不用关心 Core Data 的存在。
• 可以轻易地让代码覆盖率接近100%，而无需考虑如何覆盖某个难搞的情形，因为根本就不存在这么难搞的情形！
• 可以在其他类似的复杂应用中很容易地复用它的核心代码。

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