URL Loading System 概览

URL Loading System 是一系列用来访问通过 URL 来定位的资源的类和协议。这项技术的核心在于基于 NSURL 这个类来访问资源，除了加载 URL 的类 NSURLSession 之外，我们把其他相关辅助类分为 5 类（如图所示）：

• 协议支持（protocol support）
• 认证和证书（authentication and credentials）
• cookie 存储（cookie storage）
• 请求配置（configuration management）
• 缓存管理（cache management）

nsobject_hierarchy_2x.png

值得一提的是，iOS 7 以前的 Legacy URL Loading System
是一套基于 NSURLConnection 的体系。

一、URL 加载

URL Loading System 最常用的类就是根据 URL 请求数据的类 NSURLSession。

NSURLSession 的 API 支持三种类型的 session：

• Default sessions：其行为跟 Foundation 中提供的其他 URL 加载方式类似，支持磁盘缓存，并且会把凭证（credentials）保存到 keychain 中。
• Ephemeral sessions：不会存储任何数据到磁盘上，所有的缓存、凭证都只会随着 session 保存在内存中，而且一旦这个 session 被清除了，这些缓存同时也会被清除。
• Background sessions：跟 default sessions 的行为基本类似，但是还支持后台驻留进程的数据传输，也就是说，当 app 被挂起时，还可以在后台继续传输数据。

基于 NSURLSession，我们可以创建 3 种类型的 URL 加载任务：

• Data tasks：发送和接收 NSData 形式的数据。Data tasks 主要用来发送短暂的、有交互性的请求。Data tasks 可以分次返回数据，也可以一次性返回所有的数据。
• Download tasks：获取文件形式的数据，下载文件到本地，支持后台下载。
• Upload tasks：以文件的形式发送数据给服务器，也支持后台下载。

二、辅助类

1.URL 请求

URL Loading System 中的 NSURLRequest 将 URL 和请求协议相关的属性封装了起来。

支持 HTTP 协议的 NSURLRequest/NSMutableURLRequest 类的就包括读取/设置请求方式、请求体、请求头等属性的方法。

2.响应

服务器返回的数据一般包括两部分：

• 描述内容数据的元数据：描述内容数据的元数据往往是请求协议定义的，大部分协议的元数据包括 MIME type、 expected content length、text encoding (where applicable)以及这个响应对应的 URL。
• 内容数据本身：也就是要请求的数据

URL Loading System 中 NSURLResponse 的作用就是将元数据和内容数据本身封装起来。

三、重定向（改变请求）

有些协议，比如 HTTP，提供了一种重定向机制：当你发起一个请求时，而你请求的资源的 URL 已经发生改变了，服务器就会告诉客户端你请求的资源已经被转移到了新的 URL。

我们可以通过实现相关的代理方法 URLSession:task:willPerformHTTPRedirection:newRequest:completionHandler:，来拦截重定向事件，并决定是否需要重定向到新的地址。

四、权限认证

有些服务器会对某些特定的内容限制访问权限，只对提供了信任证书通过认证的用户提供访问资格。对于 web 服务器来说，受保护的内容被聚集到一个需要凭证才能访问的区域。在客户端上，有时也需要根据凭证来确定是否信任要访问的服务器。

URL Loading System 提供了封装凭证（credentials）、封装保护区域（protected areas）和保存安全凭证（secure credential）的类：

• NSURLCredential：封装一个含有认证信息（比如用户名和密码等）和持久化存储行为的凭证（credential）。
• NSURLProtectionSpace：服务器上某个需要凭证才能访问的区域。
• NSURLCredentialStorage：管理凭证的存储以及 NSURLCredential 和相应的 NSURLProtectionSpace 之间的映射关系。
• NSURLAuthenticationChallenge：在客户端向有限制访问权限的服务器发起请求时，服务器会询问凭证信息，包括凭证、保护空间、认证错误信息、认证响应等。这个类会将这些信息封装起来。NSURLAuthenticationChallenge 实例通常被 NSURLProtocol 子类用来通知 URL Loading System 需要认证，以及在 NSURLSession 的代理方法中用来处理认证。

五、缓存管理

URL Loading System 提供了 app 级别的 HTTP 响应缓存，在使用 NSURLSession 发起请求时，我们可以通过设置 NSURLRequest 和 NSURLSessionConfiguration 的缓存策略（cache policy）来决定是否缓存以及如何处理缓存。同时，我们还可以通过实现 URLSession:dataTask:willCacheResponse:completionHandler: 方法来针对特定的 URL 设置缓存策略。

实际上，不是所有请求的响应都能被缓存起来，URL Loading System 目前只支持对 http 和 https 请求的响应进行缓存。

URL Loading System 中提供的管理缓存的类有以下两个：

• NSURLCache：通过这个类可以设置缓存大小和位置，以及读取和存储各个请求的 NSCachedURLResponse。
• NSCachedURLResponse：封装了请求元数据（一个 NSURLResponse 对象）和实际响应内容（一个 NSData 对象）。

NSURLRequest 默认的 cache policy 是 NSURLRequestUseProtocolCachePolicy，下图就是一个采用了 NSURLRequestUseProtocolCachePolicy 的 HTTP 请求的缓存机制流程图（来源）：

http_caching_policy_decisions_tree.png

六、cookie 存储

URL Loading System 提供了 app 级别的 cookie 存储机制。URL Loading System 中涉及到 cookie 操作的两个类分别是：

• NSHTTPCookieStorage：这个类提供了管理 cookie 存储的功能。
• NSHTTPCookie：用来封装 cookie 数据和属性的类。

NSURLRequest 提供了 HTTPShouldHandleCookies 属性来设置请求发起时，是否需要 cookie manager 自动处理 cookie。在 UIWebView 中，系统会通过 cookie manager 自动将 cookie 缓存起来。

七、协议支持

URL Loading System 本身只支持 http、https、file、ftp 和 data 协议。NSURLProtocol 是一个抽象类，提供了处理 URL 加载的基础设施。通过实现自定义的 NSURLProtocol 子类，可以让我们的 app 支持自定义的数据传输协议。

另外，对于 NSURLProtocol 核心功能，官方文档中并没有着重提到，但是却是最重要的一点：借助它，你不必改动应用在网络调用上的其他部分，就可以改变 URL 加载行为的全部细节。运用这一点，我们可以自由发挥，做很多想做的事情，比如：

• 拦截图片加载请求，转为从本地文件加载
• 在 UIWebView 中加载 webp 图片
• 通过缓存静态资源实现 UIWebView 的预加载优化
• UIWebView 离线缓存
• 为了测试对HTTP返回内容进行mock和stub
• 实现一个 In-App 网络抓包工具

小结

URL Loading System 涵盖了 iOS 网络编程的方方面面，通过以上的梳理，相信我们已经对 iOS 网络编程有了一个整体的了解。

参考：

• URL Session Programming Guide
• URL Loading System - API Reference
• NSURLProtocol - NSHipster
• NSURLCache - NSHipster
• URLSession Tutorial: Getting Started - Ray Wenderlich
• HTTPS接口加密和身份认证
• [iOS网络请求] - 身份认证