KVO的底层原理

2019-07-05 本文已影响0人毅想天开的小毅

KVO的全称是Key-Value-Observing，俗称“键值监听”，可以用于监听某个对象属性值的改变。

1、KVO的简单使用

例1：创建一个Person类，里面有一个age属性，利用KVO对age进行观察

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    self.person1 = [[Person alloc] init];
    self.person1.age = 1;
    [self.person1 addObserver:self forKeyPath:@"age" options:NSKeyValueObservingOptionNew|NSKeyValueObservingOptionOld context:nil];
}

- (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary<NSKeyValueChangeKey,id> *)change context:(void *)context {
        NSLog(@"监听到%@的%@属性值改变了 - %@ - %@",object,keyPath,change,context);
}

- (void)dealloc {
    [self.person1 removeObserver:self forKeyPath:@"age"];
}

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:   (UIEvent *)event {
    self.person1.age = 11;
}

打印结果

例1.png

如上述代码，其中的参数有

observer：观察者对象，当被观察的属性值发生改变时，通过observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:方法通知该对象。
keyPath：被观察对象的属性路径，支持点语法的嵌套。比如我们要观察person对象中的cat对象的name属性，则可写为"cat.name"

options：监听可选择的选项，可以用|符号连接，如下有以下四种选项可以选择

//更改后的新值。
NSKeyValueObservingOptionNew
//更改前的旧值。
NSKeyValueObservingOptionOld
//当指定了这个选项时，在addObserver:forKeyPath:options:context:消息被发出去后，监听者对象会马上收到一个通知。
NSKeyValueObservingOptionInitial
//是否在属性改变前先通知一次观察者对象。设置了该值后会在属性发生改变前和改变后都通知一次，即会收到两次通知。
NSKeyValueObservingOptionPrior

context：观察上下文。也可以理解为一个标签，当有多个观察者对同一个属性进行观察时，可以用context来区分。如例1中，添加观察者时传入什么，就会在通知方法中收到什么，可以此来区分观察者。

2、KVO的本质

2.1、引例

例2：创建一个参照对象person2,只给person1添加观察者，person2作为参照。

 - (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    self.person1 = [[Person alloc] init];
    self.person1.age = 1;

    self.person2 = [[Person alloc] init];
    self.person2.age = 2;

    [self.person1 addObserver:self forKeyPath:@"age"     options:NSKeyValueObservingOptionNew|NSKeyValueObservingOptionOld context:nil];
}

- (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary<NSKeyValueChangeKey,id> *)change context:(void *)context {
    NSLog(@"keypath:%@%@",keyPath,change);
}

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:  (UIEvent *)event {
    self.person1.age = 11;
    self.person2.age = 22;
}

在Person.m中重写set方法

 - (void)setAge:(int)age {
     NSLog(@"setAge:");
     _age = age;
 }

下图是点击屏幕（touchesBegan）后的打印结果

例2.png

从实验结果我们可以看出，两个对象都走了Person的setAge:方法，并且当person1走完set方法以后，又调用了observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:，而person2只调用了setAge:。明明点击屏幕后两个对象做了一样的操作，结果却不一样？

 self.person1.age = 11;
 self.person2.age = 22;

于是我们猜测，person1添加完观察者后，类型可能变了。所以我们在person1添加观察者前后，分别打印一下person1和person2的类型

NSLog(@"%@   %@",NSStringFromClass(object_getClass(_person1)) ,NSStringFromClass(object_getClass(_person2)));
[self.person1 addObserver:self forKeyPath:@"age" options:NSKeyValueObservingOptionNew|NSKeyValueObservingOptionOld context:nil];
NSLog(@"%@   %@",NSStringFromClass(object_getClass(_person1)) ,NSStringFromClass(object_getClass(_person2)));

person1和person2的类型.png
果然，person1添加了观察者后，变成了NSKVONotifying_Person类型，并且isa指针指向这个类型的类对象。

isa指针指向的类对象.png
NSKVONotifying_Person类是利用runtime动态生成的类，它是Person类的子类，继承Person。

2.2、KVO的本质

从上述例子中，我们大致了解了一下KVO，下面我们直接引出KVO的本质，并进行验证。
先用伪代码模仿一下其内部实现原理，即NSKVONotifying_Person类的内部实现。

- (void)setAge:(int)age
{
    _NSSetIntValueAndNotify();
}

 // 伪代码
 void _NSSetIntValueAndNotify()
{
    [self willChangeValueForKey:@"age"];
    [super setAge:age];
    [self didChangeValueForKey:@"age"];
}

- (void)didChangeValueForKey:(NSString *)key
{
    // 通知监听器，某某属性值发生了改变
    [oberser observeValueForKeyPath:key ofObject:self change:nil context:nil];
}

KVO的本质是：

利用RuntimeAPI动态生成一个子类，并且让instance对象的isa指向这个全新的子类
当修改instance对象的属性时，会调用Foundation的_NSSetXXXValueAndNotify函数，即：

willChangeValueForKey:

父类原来的setter

didChangeValueForKey:
在didChangeValueForKey方法内部会触发监听器（Oberser）的监听方法( observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:）

2.3、验证KVO的本质

_NSSetXXXValueAndNotify

首先，我们先理解一下Foundation 的_NSSetXXXValueAndNotify函数。KVO会重写派生类的set方法，而重写的set方法内部就调用了Foundation 的_NSSetXXXValueAndNotify函数。XXX的含义是，如果属性是int类型，那这个函数就是 _NSSetIntValueAndNotify，如果是double类型，就是_NSSetDoubleValueAndNotify........
我们也可以打印person1和person2的set方法的具体实现

NSLog(@"%p",[self.person1 methodForSelector:@selector(setAge:)]);
NSLog(@"%p",[self.person2 methodForSelector:@selector(setAge:)]) ;

image.png

所以，派生类的set方法实现其实是调用了Foundation 的_NSSetXXXValueAndNotify函数，在_NSSetXXXValueAndNotify函数中实现了KVO的具体流程。

验证调用流程

我们重写willChangeValueForKey方法和didChangeValueForKey方法，来验证一下他们是什么时机调用的

@implementation Person
- (void)setAge:(int)age {
    NSLog(@"setAge:");
    _age = age;
}

- (void)willChangeValueForKey:(NSString *)key {
    [super willChangeValueForKey:key];
    NSLog(@"willChangeValueForKey");
}

- (void)didChangeValueForKey:(NSString *)key {
    NSLog(@"didChangeValueForKey----begin");
   [super didChangeValueForKey:key];
    NSLog(@"didChangeValueForKey----end");
}
@end

image.png
如上图所示，确实是先调用了willChangeValueForKey方法，再调用了Person类的setAge：方法，最后在didChangeValueForKey中调用了监听方法( observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:）。

2.4、总结

我们用图形，概括一下对象添加观察者后的变化。

2.4.1、未添加观察者的对象（例：person2）

isa指针指向类对象，当person2调用实例方法时，就从类对象中查找。

未添加观察者的对象.png

2.4.2、添加了观察者的对象（例：person1）

如图，person1对象isa指针指向了派生类NSKVONotifying_Person的类对象，在派生类中重写了以下四个方法（我们会在下文中验证），在setAge:中调用Foundation 的_NSSetIntValueAndNotify函数，以实现KVO的监听。派生类是Person的子类，所以superClass指针指向Person类对象。

添加观察者的对象.png
补充：NSKVONotifying_Person类对象的isa指针指向NSKVONotifying_Person元类对象，即这里也会产生一个新的元类对象。

2.5、重写的方法验证

上文中我们了解到，派生类不仅重写了setAge:方法，还重写了class、dealloc、_isKVOA这四个方法，接下来我们来验证。
用以下方法可以打印类对象中所有的方法名

- (void)printMethodNamesOfClass:(Class)cls
{
    unsigned int count;
    // 获得方法数组
    Method *methodList = class_copyMethodList(cls, &count);
    
    // 存储方法名
    NSMutableString *methodNames = [NSMutableString string];
    
    // 遍历所有的方法
    for (int i = 0; i < count; i++) {
        // 获得方法
        Method method = methodList[i];
        // 获得方法名
        NSString *methodName = NSStringFromSelector(method_getName(method));
        // 拼接方法名
        [methodNames appendString:methodName];
        [methodNames appendString:@", "];
    }
    // 释放
    free(methodList);
    // 打印方法名
    NSLog(@"%@ %@", cls, methodNames);
}

通过上述方法查看NSKVONotifying_Person类对象和Person类对象中的方法

[self printMethodNamesOfClass:object_getClass(self.person1)];
[self printMethodNamesOfClass:object_getClass(self.person2)];

打印结果：

方法名结果.png

如图，派生类内部确实有那四个方法。

setAge:

setAge上文我们已经讲过了，它内部是Foundation中的_NSSetXXXValueAndNotify函数，_NSSetXXXValueAndNotify函数实现KVO的监听流程。

class

我们调用

 NSLog(@"%@",NSStringFromClass([_person1 class]));

发现打印结果并不是NSKVONotifying_Person，而是Person。不难理解，其实是系统为了隐藏类的存在。所以内部实现很可能是这样的。

- (Class)class
{
    return [Person class];
}

_isKVOA

这个很好理解，直接return YES；就好了

 - (BOOL)_isKVOA {
      return YES;
 }

dealloc

- (void)dealloc {
      // 收尾工作
}

2.6、课后面试题

了解了KVO的本质，相信这些题目也更好理解啦~
1、KVO的本质是什么？
看上文哈~~

2、如何手动触发KVO？
手动调用willChangeValueForKey:和didChangeValueForKey:

3、直接修改成员变量会触发KVO吗？
不会！（因为KVO的本质就是在重写的set方法中实现的，没有调用set方法当然不可能触发KVO啦~~~~）

结束语： 本文基本上涵盖了MJ大大视频上讲的所有知识点，有不理解的可以在评论区交流讨论哈~ 喜欢的就点个赞吧(づ￣ 3￣)づ。