思考CATransaction是如何捕获layer变化的代码设计

背景

UIView实际是一个复合类型，CALayer是它内部实际承担绘制显示任务的部分。

当一个view的图层(layer)属性发生变化的时候，系统是如何知道要去重新渲染这个图层呢？比如修改背景色：_testLayer.backgroundColor = [UIColor blueColor].CGColor;。

CATransaction会捕获CALayer的变化，包括任何的渲染属性，把这些都提交到一个中间态
然后在当前Runloop进入休眠或结束前，会发出Observer 消息。这是一种runloop消息类型，跟通知的方式类似，会通知观察者，这时Core Animation会把这些CALayer的变化提交给GPU绘制

所以问题的核心就是CATransaction怎么捕获layer变化的。

就像下面这样，包含在begin和commit内部的变化会被捕获。

    [CATransaction begin];
    _testLayer.backgroundColor = [UIColor blueColor].CGColor;
    [CATransaction commit];
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至于主线程里直接修改layer为什么也可以，是因为

Core Animation supports two types of transactions: implicit transactions and explicit transactions. Implicit transactions are created automatically when the layer tree is modified by a thread without an active transaction and are committed automatically when the thread's runloop next iterates

隐式的事务（Implicit transactions）会在图层树的修改的时候自动创建，并且在下一次runloop迭代的时候提交。而主线程有一个自动开启的runloop，所以即使不写CATransaction代码也会起作用。

真正问题

但我这篇文章关心并不是CATransaction、CoreAnimation或runloop的机制问题，而是为什么被夹在[CATransaction begin];和[CATransaction commit];为什么能够被CATransaction抓到，我关心是的是代码设计上的问题。

其实这种代码句式有很多地方用到：

    @autoreleasepool {
        __autoreleasing UIButton *button = [[UIButton alloc] initWithFrame:(CGRectMake(30, 100, 100, 30))];
    }
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    @synchronized (self) {
        //资源操作
    }
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[UIView beginAnimations:@"" context:nil];
    //动画内容
[UIView commitAnimations];
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作为对比的反例是UITableView的更新：

    UITableView *_tableview;
    
    [_tableview beginUpdates];
    [_tableview deleteSections:[NSIndexSet indexSetWithIndex:1] withRowAnimation:(UITableViewRowAnimationAutomatic)];
    [_tableview endUpdates];
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tableview这个和前面的有什么区别？虽然它们都是前后包裹的一段代码这样的格式，但是tableview这个是针对一个对象的，而前面的3个是没有指定对象或变量的。

先猜测一下[_tableview beginUpdates];的逻辑：

在调用deleteSections之类的方法时本来会立即起作用的，但是在beginUpdates内部就不会，那么用一个检查就可以达到效果。deleteSections这类更新方法的时候，先检查是否在begin和end之间，是就不处理，否则就处理。

而到[UIView beginAnimations:@"" context:nil];这里，你根本没有指定是哪个view的动画，它是怎么怎么把内部的动画打包的呢？

我的猜测

首先没有绑定某个对象或变量，但是它要存储信息，那么肯定是用了某种全局性的东西，比如全局变量，或者UIApplication唯一的，或者当前线程唯一的。

用这个全局的变量来存储，对于像下面这样的代码

    [CATransaction begin];
    _testLayer.backgroundColor = [UIColor blueColor].CGColor;
    [CATransaction commit];
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可以猜测它实际是这样的：

    //生成一个新的事务并返回
    [CATransaction newTransaction];
    
    {   //这一段是layer修改背景色内部的逻辑
        setBackgroundColor{
            
            //获取当前的CATransaction，并把修改提供给它
            CATransaction *currentTrans = [CATransaction getCurrentTransaction];
            [currentTrans addLayerChange:self forKey:@"backgroundColor"];
        }
    }
    
    //提交layer变化并移除当前的事务
    [CATransaction commitLayerChanges];
    [CATransaction removeCurrentTransaction];
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也就是只要维持一个当前正确的CATransaction就正确了。

但是考虑到CATransaction是可以嵌套的，那么就有这样的过程：事务1-->事务2开启-->layer修改-->事务2提交结束-->回到事务1。

这种一看就很符合栈的行为，所以可以使用一个全局的栈来管理CATransaction：

begin的时候，新建一个CATransaction，push放到栈顶
然后获取当前CATransaction的时候呢，就取栈顶元素就可以
commit的时候，pop栈顶元素。并且把layer的变化提交。

验证想法

因为CATransaction的代码看不到，没法验证逻辑，但是autoreleasepool的代码是可以看的，因为OC的一些源码都开源了，这是地址。

首先@autoreleasepool {xxx}会被解析成：

void *context = objc_autoreleasePoolPush();
// {}中的代码
objc_autoreleasePoolPop(context);
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看这个样式，跟CATransaction是一样的，{}的结构其实只是编译器的作用，其实还是前后一段代码。

然后先看push:

void *
objc_autoreleasePoolPush(void)
{
    return AutoreleasePoolPage::push();
}
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    static inline void *push() 
    {
        id *dest;
        if (DebugPoolAllocation) {
            // Each autorelease pool starts on a new pool page.
            dest = autoreleaseNewPage(POOL_BOUNDARY);
        } else {
            dest = autoreleaseFast(POOL_BOUNDARY);
        }
        assert(dest == EMPTY_POOL_PLACEHOLDER || *dest == POOL_BOUNDARY);
        return dest;
    }
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push的代码里有个DebugPoolAllocation引起分支：

autoreleaseNewPage这个干的事就是：新建一个AutoreleasePoolPage,把它作为hotPage然后把POOL_BOUNDARY这条数据加入这个新的page
而autoreleaseFast就是直接在当前的hotPage里加入POOL_BOUNDARY这条数据

所以这里有几个问题：

AutoreleasePoolPage是啥？

正如它的名字page,它就相当于笔记本里的一页纸，它保存了许多个对象，这些对象都是加入到自动释放池的那些。然后等一个page满了，就开一个新的page,然后通过parent和child指针连接：

    AutoreleasePoolPage * const parent;
    AutoreleasePoolPage *child;
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所以说它就是一个双链表的结构，每一个节点保存了若干的释放池对象。

hotPage是啥？ hotPage就是当前最新的一个page，它还有空间，可以继续存储对象。所以在push时，都是把内容加入到hotPage。
POOL_BOUNDARY的作用这个东西至关重要，从上面的结构里可以看出，当我开启一个新的自动释放池的时候，并没有开启一个新的对象，就得释放池和新的释放池是在同一个AutoreleasePoolPage的双链表里。

那么我要怎么区分哪些对象是当前的自动释放池里的呢？

就是用POOL_BOUNDARY这个东西，它就是用来确定边界的，它左边和右边不是同一个自动释放池。看上面的示意图里的（1）和（2）的位置。比如第二个page还有一部分空间，这时开启了一个新的自动释放，那么就是在（1）的这部分空间最顶上插入一个POOL_BOUNDARY作为标识，这样之后的内存就是属于新的释放池了。

而push里因为DebugPoolAllocation造成的两种不同结果，只是开启一个新的释放池的时候是直接在下一个空位加入标识，还是另建立一个page再插入标识，也就是位置（1）和（2）的区别。

在pop的时候，会把当前的hotPage的数据一致删，删到最新的标志位，也就是开启释放池的时候插入的POOL_BOUNDARY位置。

所以流程就是：

开启自动释放池：在AutoreleasePoolPage的双链表里加入一个POOL_BOUNDARY标识
对象调用autoRelease或者标记__autoreleasing就会被push到当前的hotPage里
自动释放池结束：AutoreleasePoolPage的双链表把对象一个个释放，直到POOL_BOUNDARY标识

结论

Autorelease的处理方式基本印证了我的想法，就是靠“全局+栈结构”的方式来处里。AutoreleasePoolPage的双链表就是栈的行为

略微的区别是：

自动释放池本身是没有封装成一个结构或者对象的，它只是链表中的一节。即我想的结构是是：全局的栈-->CATransaction-->layer的改变。而自动释放池的结构是:全局的栈-->AutoreleasePoolPage-->变量。实际它是直接抹平了中间层，把数据直接放到栈里操控。
它的“全局”，是线程唯一的数据，通过把数据和线程绑定来获得当前的，并不是通过全局变量。