NSURLSession的使用（一）

这一篇文章不够全面，推荐查看我的另一篇文章：URLSession详解

NSURLSession提供了一个可供通过网络下载内容的API，并且具有丰富的代理方法。在iOS中，NSURLSession支持在app未运行或挂起时进行后台下载。此外，NSURLSession原生的支持data、file、ftp、http和https URL方案，以及用户首选项中代理和socks网关。

使用NSURLSession，你的app可以创建一个或多个会话，每一个会话协调一组数据传输任务。例如：你正在开发一个浏览器，你可以为每一个标签页或窗口创建一个会话，或者一个会话用于交互，一个会话用于后台下载。在每一个会话内，可以添加一系列任务，每一个任务代表对特定网址的请求。

1. Session类型

会话由创建配置对象时调用的方法决定。可以分为以下几类：

  • Shared Session：获取单例对象。使用全局共享的会话，并且不能调整cache、cookie和证书等；也不能使用代理方法，因此将不能检测下载进度一类事件。
  • Default Session：默认会话配置使用基于磁盘持久缓存，将凭据保存在用户的钥匙串中，默认将cookie存储在与NSURLConnection相同的共享cookie存储中。通过调用NSURLSessionConfiguration类中的defaultSessionConfiguration方法创建默认会话。
  • Ephemeral Session：会把cacehe、cookie和用户凭据保存在RAM中而不是用户磁盘中，只有在你主动保存某个URL的内容到某个文件时才会保存数据，因此最大好处是可以保护用户隐私，适用于无痕浏览。可以缓存的数据大小取决于剩余RAM大小，当会话销毁后，所有临时数据均会清除。另外，在iOS中，应用程序挂起时保存在内存中的数据不会被清除，但在应用程序终止或系统内存不足时会被清除。通过调用NSURLSessionConfiguration类中的ephemeralSessionConfiguration创建Ephmeral Session。
  • Background Session：允许在后台执行HTTP和HTTPS上传或下载任务。backgroundSessionConfigurationWithIdentifier:配置的会话由系统在单独的进程中控制数据传输。在iOS中，backgroundSessionConfigurationWithIdentifier:配置的会话可以使应用程序挂起或终止后依然进行传输数据。如果app是由系统终止并重新启动，app可以使用相同标志符创建新配置对象和会话，并恢复到终止时的传输状态；如果用户从多任务屏幕中终止app，系统会取消所有后台传输任务，此外，系统也不会重新启动app，必须由用户启动app后传输任务才会继续。通过调用NSURLSessionConfiguration类中的backgroundSessionConfigurationWithIdentifier:创建Background Session。
    // 创建Shared Session
    NSURLSession *sharedSession = [NSURLSession sharedSession];   // 只能在completionHandler的块中获取数据
    
    // 创建Default Session
    NSURLSessionConfiguration *defaultSessionConfiguration = [NSURLSessionConfiguration defaultSessionConfiguration];
    NSURLSession *defaultSession = [NSURLSession sessionWithConfiguration:defaultSessionConfiguration delegate:self delegateQueue:nil]; // 在代理方法中获取数据
    
    // 创建Ephemeral Session
    NSURLSessionConfiguration *ephemeralSessionConfiguration = [NSURLSessionConfiguration ephemeralSessionConfiguration];
    NSURLSession *ephemeralSession = [NSURLSession sessionWithConfiguration:ephemeralSessionConfiguration]; // 在completionHandler的块中获取数据
    
    // 创建Background Session
    NSURLSessionConfiguration *backgroundSessionConfiguration = [NSURLSessionConfiguration backgroundSessionConfigurationWithIdentifier:@"identifier"];
    NSURLSession *backgroundSession = [NSURLSession sessionWithConfiguration:backgroundSessionConfiguration];   // 在completionHandler的块中获取数据

会话对象配置还包括对URL缓存和cookie存储对象引用，这些对象用于发出请求、处理响应时使用，具体情况取决于配置和请求类型。

会话对象会对代理保持强引用，直到你退出app或显式销毁会话。如果没有销毁会话，会造成内存泄漏直至退出app。

2. Task类型

在会话中，创建任务用于上传数据到服务器，然后从服务器取回文件到本地磁盘或NSData对象到内存中，NSURLSessionAPI提供三种Task类型。

  • Data Task：发送和接收NSData类型数据，一般用于交互式请求。
  • Upload Task：继承自Data Task，一般以文件格式传输数据。支持app未运行时上传数据。
  • Download Task：取回的数据是文件格式，支持app未运行时上传、下载。

和其他网络请求API一样，NSURLSession也是异步的，根据你Session配置的不同，以下面两种方式之一返回数据。

  • 从completionHandler的块中获取数据，当传输完成或失败后调用块。
  • 在代理方法中获取数据。有多种代理方法可供选择使用，比上面的方法功能强大些，例如可以检测下载进度。

3. NSURLSession的使用步骤

  1. 创建会话配置。对于Background Session必须包含一个单独的标志符，标志符不能为nil或空字符串，用于在app崩溃、终止或挂起后将会话再次匹配。
  2. 选择会话配置类型，创建会话。
  3. 创建任务。根据想要实现的功能选择Task类型。
  4. 执行任务。所有创建的任务默认都是挂起状态，必须调用resume方法任务才会执行。

4. 简单应用

学习新的API最好的方法就是使用代码练习，下面通过一个小例子来学习NSURLSession。

4.1 新建工程

启动Xcode8.2，点击Create a new Xcode project，在iOS模板列表里选择Single View Application模板。

Session1CreateProject.png

填写工程名称，我这里命名为NSURLSession1，选择文件位置，最后点击Create。

Session1ProjectName.png

4.2 创建会话

使用NSURLSession最重要的一点是理解NSURLSession的实例对象是一切的核心，这个对象处理请求和响应、配置请求、管理会话存储和状态。有多种创建会话的方法，最快速的创建方法是使用NSURLSession的sharedSession类方法，如下所示：

- (void)viewDidLoad
{
    [super viewDidLoad];
    
    NSURLSession *session = [NSURLSession sharedSession];
}

如上面代码所示，在ViewController.m的viewDidLoad方法内创建一个session对象。

4.3 创建任务

我们将使用session对象查询iTunes Search API上的软件。iTunes Search API不需要身份验证，因此特别适合我们的例子。想要查询iTunes Search API我们需要向 https://itunes.apple.com/search发送请求、传递参数。创建一个NSURLSessionDataTask的实例dataTask用来查询iTunes Search API，查看更新后的viewDidLoad方法。

- (void)viewDidLoad
{
    [super viewDidLoad];
    
    NSURLSession *session = [NSURLSession sharedSession];
    NSURLSessionDataTask *dataTask = [session dataTaskWithURL:[NSURL URLWithString:@"https://itunes.apple.com/search?term=apple&media=software"] completionHandler:^(NSData * _Nullable data, NSURLResponse * _Nullable response, NSError * _Nullable error) {
        NSDictionary *json = [NSJSONSerialization JSONObjectWithData:data options:0 error:nil];
        NSLog(@"%@",json);
    }];
}

在这个实例中，我们调用dataTaskWithURL: completionHandler:方法，并传递一个NSURL的实例和一个完成处理程序。完成处理程序有三个参数，分别是响应的数据（NSData）、响应对象（NSURLResponse）和错误（NSError）。如果请求成功，error为nil。因为我们知道返回的是JSON格式数据，将取回的数据使用JSONObjectWithData: options: error:方法解析数据并输出到控制台。

使用NSURLSession和NSURLConnection时还有一点需要理解。如果请求失败，完成处理程序中的error包含错误信息；如果请求返回404(404表示客户端可以与服务器通信，但服务器找不到请求内容），则请求成功，只是服务器没有找到请求内容，此时 error为nil。

4.4 执行任务

所有新创建的任务都是挂起状态，必须调用resume方法才会执行。更新后的viewDidLoad如下。

- (void)viewDidLoad
{
    [super viewDidLoad];
    
    NSURLSession *session = [NSURLSession sharedSession];
    NSURLSessionDataTask *dataTask = [session dataTaskWithURL:[NSURL URLWithString:@"https://itunes.apple.com/search?term=apple&media=software"] completionHandler:^(NSData * _Nullable data, NSURLResponse * _Nullable response, NSError * _Nullable error) {
        NSDictionary *json = [NSJSONSerialization JSONObjectWithData:data options:0 error:nil];
        NSLog(@"%@",json);
    }];
    [dataTask resume];
}

运行demo，可以看到控制台输出的数据。

5. 进阶应用

在上一个示例中，通过完成处理处理程序获取返回的数据，另外还可以通过NSURLSessionDownloadDelegate方法获取数据。下面通过使用NSURLSession和NSURLSessionDownloadDelegate获取图片，利用UIProgressView显示图片下载进度，下载过程中可以点击Cancel 按钮暂停下载，点击Resume 按钮恢复下载。利用观察者（Key Value Observing）实现不同状态时Cancel 按钮和Resume 按钮的显示或隐藏状态。

5.1 创建用户界面

打开Main.storyboard，从组件库（Object Library）中拖拽一个UIImageView到View Controller，调整大小至全屏，拖拽一个UIProgressView到屏幕中心，拖拽UIButton到左上角有横竖两条辅助虚线位置，右上角同样方法放置一个UIButton。创建完成后如下图：

Session1UserInterface.png

拖拽UIImageView到ViewController.m的接口部分并命名为imageView，类型选择为IBOutlet；UIProgressView在storyboard中不易选中，我们可以从大纲试图中选中并拖拽到ViewController.m的接口部分，命名为progressView,类型选择IBOutlet；分别拖拽左上角和右上角的UIButton到接口部分，分别命名为cancelButton、resumeButton，类型选择为IBOutlet；分别拖拽左上角、右上角两个UIButton到接口部分，名称分别为cancle、resume，类型选择为IBAction。在Attribute Inspector 中修改左上角按钮名称为Cancel，右上角按钮名称为Resume。完成后接口部分代码如下：

#import "ViewController.h"

@interface ViewController ()

@property (strong, nonatomic) IBOutlet UIImageView *imageView;
@property (strong, nonatomic) IBOutlet UIProgressView *progressView;
@property (strong, nonatomic) IBOutlet UIButton *cancelButton;
@property (strong, nonatomic) IBOutlet UIButton *resumeButton;

- (IBAction)cancel:(id)sender;
- (IBAction)resume:(id)sender;

@end

5.2 自动布局

点击屏幕右上角的工具栏中的Assistant Editor，之后将编辑器选择拦从Automatic 改为Preview，这样可以预览我们创建的用户界面。如下图：

Session1Preview.png

点击Preview界面底部的Rotate 按钮,发现屏幕显示的控件都在屏幕左侧。

Session1PreviewRotate.png

下面进行自动布局设置。选中imageView、cancelButton和resumeButton点击右下角Resolve AutoLayout Issues，在弹出菜单中选择Selected Views下面的Reset to Suggested Constraints选项；选中progressView，点击右下角的Align按钮，勾选弹出菜单中的Horizontally in Container和Vertically in Container，点击Add Constraints。如果此时有警告，按照提示选择修复或添加约束。至此，自定义布局完成。

Session1PreviewRotateOK.png

5.3 创建下载任务

在ViewController.m接口文件声明session、downloadTask，另外，ViewController需要遵守NSURLSessionDelegate和NSURLSessionDownloadDelegate协议。更新后的接口部分如下：

#import "ViewController.h"

@interface ViewController () <NSURLSessionDelegate, NSURLSessionDownloadDelegate>

@property (strong, nonatomic) IBOutlet UIImageView *imageView;
@property (strong, nonatomic) IBOutlet UIProgressView *progressView;
@property (strong, nonatomic) IBOutlet UIButton *cancelButton;
@property (strong, nonatomic) IBOutlet UIButton *resumeButton;
@property (strong, nonatomic) NSURLSession *session;
@property (strong, nonatomic) NSURLSessionDownloadTask *downloadTask;
@property (strong, nonatomic) NSData *resumeData;   // 用于存储暂停下载时的数据

- (IBAction)cancel:(id)sender;
- (IBAction)resume:(id)sender;

@end
  1. 因为需要配置会话、使用代理获取下载进度，这里就不能使用sharedSession类方法。首先实现会话的取值方法，使用defaultConfiguration方法创建会话配置，用会话配置实例化会话对象，设定ViewController为会话的代理，代码如下：
- (NSURLSession *)session
{
    if (! _session)
    {
        // 创建会话配置
        NSURLSessionConfiguration *sessionConfiguration = [NSURLSessionConfiguration defaultSessionConfiguration];
        
        // 创建会话
        _session = [NSURLSession sessionWithConfiguration:sessionConfiguration delegate:self delegateQueue:nil];
    }
    
    return _session;
}

实现progressView的设值方法。因为使用纯代码创建的UIProgressView默认值是0，使用storyboard创建的UIProgressView的默认值是0.5，这里需要将UIProgressView初始值设置为0，不然每次启动时显示下载进度在一半，之后进度再从0开始。

- (void)setProgressView:(UIProgressView *)progressView
{
    if (_progressView != progressView)
    {
        _progressView = progressView;
        _progressView.progress = 0;
    }
}

在viewDidLoad方法中创建下载任务，下载https://cdn.tutsplus.com/mobile/uploads/2013/12/sample.jpg的图片。最后调用resume执行下载任务。

- (void)viewDidLoad
{
    [super viewDidLoad];
    
    // 创建下载任务
    self.downloadTask = [self.session downloadTaskWithURL:[NSURL URLWithString:@"https://cdn.tutsplus.com/mobile/uploads/2013/12/sample.jpg"]];
    
    // 执行任务
    [self.downloadTask resume];
}

5.4 实现代理方法

为了获取返回的数据，我们需要实现NSURLSessionDownloadDelegate协议的三个代理方法，URLSession: downloadTask: didFinishDownloadingToURL:、URLSession: downloadTask: didResumeAtOffset: expectedTotalBytes:和URLSession: downloadTask: didWriteData: totalBytesWritten: totalBytesExpectedToWrite:。需要注意的是更新UI时需要回到主线程。

- (void)URLSession:(NSURLSession *)session downloadTask:(NSURLSessionDownloadTask *)downloadTask didFinishDownloadingToURL:(NSURL *)location
{
    NSData *data = [NSData dataWithContentsOfURL:location];
    
    dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
        self.imageView.image = [UIImage imageWithData:data];
    });
}

- (void)URLSession:(NSURLSession *)session downloadTask:(NSURLSessionDownloadTask *)downloadTask didResumeAtOffset:(int64_t)fileOffset expectedTotalBytes:(int64_t)expectedTotalBytes
{
    // 输出NSLog所在行 方法名称
    NSLog(@"%d %s",__LINE__ ,__PRETTY_FUNCTION__);
}

- (void)URLSession:(NSURLSession *)session downloadTask:(NSURLSessionDownloadTask *)downloadTask didWriteData:(int64_t)bytesWritten totalBytesWritten:(int64_t)totalBytesWritten totalBytesExpectedToWrite:(int64_t)totalBytesExpectedToWrite
{
    float progress = (double) totalBytesWritten / totalBytesExpectedToWrite;
    
    dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
        self.progressView.progress = progress;
    });
}

5.5 暂停下载

cancel点击事件方法包含了点击Cancel按钮后的逻辑操作。如果downloadTask不为nil，downloadTask调用cancelByProducingResumeData方法，该方法的参数是一个完成块，完成块包含NSData类型的参数。不是所有的下载任务都可以恢复，所以先检查块的参数resumeData是否为nil，不为nil时将返回的数据保存到ViewController.m头文件声明的resumeData中。

- (IBAction)cancel:(id)sender
{
    if (! self.downloadTask) return;
    
    [self.downloadTask cancelByProducingResumeData:^(NSData * _Nullable resumeData) {
        if (resumeData)
        {
            [self setResumeData:resumeData];
            [self setDownloadTask:nil];
        }
    }];
}

5.6 恢复下载

想要恢复下载很容易，在resume点击事件中，如果resumeData不为nil，使用resumeData创建一个新的downloadTask任务，之后执行下载，清空resumeData数据。

- (IBAction)resume:(id)sender
{
    if (! self.resumeData) return;
    
    // 创建任务
    self.downloadTask = [self.session downloadTaskWithResumeData:self.resumeData];
    
    // 执行任务
    [self.downloadTask resume];
    
    // 清除resumeData数据
    [self setResumeData:nil];
}

5.7 添加观察者

点击按钮不应该一直显示，下面使用观察者来决定何时显示、隐藏点击按钮。在viewDidLoad方法中，隐藏点击按钮，将ViewController添加为reuseData和downloadTask关键路径的观察者。

- (void)viewDidLoad
{
    [super viewDidLoad];
    
    // 添加观察者
    [self addObserver:self forKeyPath:@"resumeData" options:NSKeyValueObservingOptionNew context:NULL];
    [self addObserver:self forKeyPath:@"downloadTask" options:NSKeyValueObservingOptionNew context:NULL];
    
    // 隐藏点击按钮
    self.cancelButton.hidden = YES;
    self.resumeButton.hidden = YES;
    
    // 创建下载任务
    self.downloadTask = [self.session downloadTaskWithURL:[NSURL URLWithString:@"https://cdn.tutsplus.com/mobile/uploads/2013/12/sample.jpg"]];
    
    // 执行任务
    [self.downloadTask resume];
}

在obserValueForKeyPath: ofObject: change: context:方法中，当resumeData为nil时，隐藏Resume按钮；当downloadTask为nil时，隐藏Cancel按钮。

- (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary<NSKeyValueChangeKey,id> *)change context:(void *)context
{
    if ([keyPath isEqualToString:@"resumeData"])
    {
        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
            self.resumeButton.hidden = (self.resumeData == nil);
        });
    }
    else if ([keyPath isEqualToString:@"downloadTask"])
    {
        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
            self.cancelButton.hidden = (self.downloadTask == nil);
        });
    }
    else
        // 如果遇到没有观察的属性，将其交由父类处理，父类可能也在观察该属性。
        [super observeValueForKeyPath:keyPath ofObject:object change:change context:context];
}

注意：因为不知道是否在主线程调用obserValueForKeyPath: ofObject: change: context:方法，这里更新UI时需要回到主线程。

最后，移除观察者。

- (void)dealloc {
    // 移除观察者。
    [self removeObserver:self forKeyPath:@"resumeData"];
    [self removeObserver:self forKeyPath:@"downloadTask"];
}

想要深入学习观察者，查看KVC和KVO学习笔记这篇文章。

5.8 销毁会话

会话对代理是强引用，也就是只要会话是活跃的代理就不会被释放，这样会造成内存泄露，因此任务执行完毕后需要将会话销毁。有多种方法销毁会话，因为这里我们只下载了一张图片，我们可以在图片下载完成后销毁会话。下面是更新后的URLSession: downloadTask: didFinishDownloadToURL:方法，图片下载完成后把Cancle按钮和progressView设置为隐藏。

- (void)URLSession:(NSURLSession *)session downloadTask:(NSURLSessionDownloadTask *)downloadTask didFinishDownloadingToURL:(NSURL *)location
{
    NSData *data = [NSData dataWithContentsOfURL:location];
    
    dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
        self.progressView.hidden = YES;     // 下载完成后隐藏进度条
        self.cancelButton.hidden = YES;     // 下载完成后隐藏Cancel按钮
        self.imageView.image = [UIImage imageWithData:data];
    });
    
    // 销毁会话
    [session finishTasksAndInvalidate];
}

通过这篇文章的讲解，你应该对NSURLSession有一个基本的理解，下一篇文章将通过创建一个简单的播客来使用后台下载。

文件名称：NSURLSession1
源码下载：https://github.com/pro648/BasicDemos-iOS

参考资料:

  1. Networking with NSURLSession: Part 1
  2. Networking with NSURLSession: Part 2
  3. URLSession

欢迎更多指正：https://github.com/pro648/tips/wiki

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