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教你一行代码使用 KVO（Facebook 出品 FBKVOCo

2017-07-11  本文已影响1010人  郑一一一一

前言

进入 iOS 开发一年多，大部分时间都在写业务代码，鲜有对优秀开源代码的学习、总结。深知，是时候开始学习一些。万事开头难，所以我准备从比较简短的开源代码开始学习。第一篇准备写写 Facebook 这个极度热爱开源的公司的一套关于 KVO 的开源代码——FBKVOController。阅读本篇文章前，希望你对 KVO 已经有一定的了解。

正文

先说说本文主要想讲一下哪些东西。

概述

FBKVOController 做了什么？

简单来说，Facebook 开源的这套代码，主要是对我们经常使用的 KVO 机制进行了额外的一层封装。其中最亮眼的特色是提供了一个 block 回调让我们进行处理，避免 KVO 的相关代码四处散落，不再需要使用下面这个方法：


- (void)observeValueForKeyPath:(nullable NSString *)keyPath ofObject:(nullable id)object change:(nullable NSDictionary<NSKeyValueChangeKey, id> *)change context:(nullable void *)context;

使用姿势

利用开源框架，我们这样实现，其中第二种方法可以用一行代码实现 KVO：

#import "ViewController.h"
#import "FBKVOController.h"
#import "NSObject+FBKVOController.h"

@interface KVOModel : NSObject
@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@property (nonatomic, assign) NSUInteger age;
@end

@implementation KVOModel
@end

NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN

@interface ViewController ()
@property (nonatomic, strong) KVOModel *model;
@property (nonatomic, strong) FBKVOController *kvoController;
@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

    //创建被观察的 model 类
    KVOModel *model = [[KVOModel alloc] init];
    //初始化设置 model 的成员变量值
    model.name = @"wo";
    model.age = 5;
    self.model = model;
    
    //第一种方法：创建 FBKVOController 对象，并被 VC 强引用，否则出了当前作用域，就会被销毁
    FBKVOController *kvoController = [[FBKVOController alloc] initWithObserver:self];
    _kvoController = kvoController;
   
    //添加 观察
    [kvoController observe:model keyPath:@"name" options:NSKeyValueObservingOptionOld | NSKeyValueObservingOptionNew block:^(id  _Nullable observer, id  _Nonnull object, NSDictionary<NSKeyValueChangeKey,id> * _Nonnull change) {
            NSLog(@"我的旧名字是：%@", change[NSKeyValueChangeOldKey]);
            NSLog(@"我的新名字是：%@", change[NSKeyValueChangeNewKey]);
    }];

    //第二种方法：无需主动创建 FBKVOController 对象，self.KVOController 直接懒加载创建FBKVOController 对象
    //可以直接对某个对象的多个成员变量执行 KVO
    //------真正实现一行代码搞定 KVO------
    [self.KVOController observe:model keyPaths:@[@"name", @"age"] options:  NSKeyValueObservingOptionOld | NSKeyValueObservingOptionNew block:^(id observer, id object, NSDictionary *change) {
        
        NSString *changedKeyPath = change[FBKVONotificationKeyPathKey];
        

        if ([changedKeyPath isEqualToString:@"name"]) {
            NSLog(@"修改了名字");
        } else if ([changedKeyPath isEqualToString:@"age"]) {
            NSLog(@"修改了年龄");
        }
        
        NSLog(@"旧值是：%@", change[NSKeyValueChangeOldKey]);
        NSLog(@"新值是：%@", change[NSKeyValueChangeNewKey]);
    }];

    //修改 model 的 name 成员变量
    model.name = @"ni";
}

@end

NS_ASSUME_NONNULL_END

相比于原生 API 优势：

源码解析

这套源代码主要包括了FBKVOController.h、FBKVOController.m、NSObject+FBKVOController.h、NSObject+FBKVOController.m四个文件。
其中，NSObject+FBKVOController 这个分类比较简单。它主要干的事是通过 objc_setAssociatedObject （关联对象），以懒加载的形式给 NSObject ，创建并关联一个 FBKVOController 的对象。
接下来，我会着重介绍一下今天的主角 FBKVOController类。其文件中还包含另外两个类，_FBKVOInfo、_FBKVOSharedController 。下面都会介绍到。
先来看看 FBKVOController 指定初始化函数：


- (instancetype)initWithObserver:(nullable id)observer retainObserved:(BOOL)retainObserved
{
  self = [super init];
  if (nil != self) {
    //一般情况下 observer 会持有 FBKVOController 为了避免循环引用，此处的_observer 的内存管理语义是弱引用
    _observer = observer;
    //定义 NSMapTable key的内存管理策略，在默认情况，传入的参数 retainObserved = YES
    NSPointerFunctionsOptions keyOptions = retainObserved ? NSPointerFunctionsStrongMemory|NSPointerFunctionsObjectPointerPersonality : NSPointerFunctionsWeakMemory|NSPointerFunctionsObjectPointerPersonality;
    //创建 NSMapTable  key 为 id 类型，value 为 NSMutableSet<_FBKVOInfo *> 类型
    _objectInfosMap = [[NSMapTable alloc] initWithKeyOptions:keyOptions valueOptions:NSPointerFunctionsStrongMemory|NSPointerFunctionsObjectPersonality capacity:0];
    //初始化互斥锁，避免多线程间的数据竞争
    pthread_mutex_init(&_lock, NULL);
  }
  return self;
}

以上初始化代码中，注释都写得比较清楚了。唯一比较陌生的是 NSMapTable 。简单来说，它与 NSDictionary 类似。不同之处是 NSMapTable 可以自主控制 key / value 的内存管理策略。而 NSDictionary 的内存策略是固定为 copy。当 key 为 object 时， copy的开销可能比较大！因此，在这里只能使用相对比较灵活的 NSMapTable。

执行 KVO 的相关方法代码解析


- (void)observe:(nullable id)object keyPath:(NSString *)keyPath options:(NSKeyValueObservingOptions)options block:(FBKVONotificationBlock)block
{
    //当 keyPath 字符串长度为 0 或者 block 为空时，会产生断言，程序会 crash
  NSAssert(0 != keyPath.length && NULL != block, @"missing required parameters observe:%@ keyPath:%@ block:%p", object, keyPath, block);
    //如果 “被观察对象” 为 nil，同样会直接返回
  if (nil == object || 0 == keyPath.length || NULL == block) {
    return;
  }

    // create info _FBKVOInfo
  _FBKVOInfo *info = [[_FBKVOInfo alloc] initWithController:self keyPath:keyPath options:options block:block];

  // observe object with info （利用存储的信息对 “被观察对象” 进行观察！）
  [self _observe:object info:info];
}

上述代码中，出现了一个前面提及到的 _FBKVOInfo 类，其存储的信息包括了 FBKVOController、keypath、options、block。

接上段代码的最后一句 [self _observe:object info:info];


- (void)_observe:(id)object info:(_FBKVOInfo *)info
{
  // lock 互斥锁加锁
  pthread_mutex_lock(&_lock);
  //还记得初始化 FBKVOController 时创建的 NSMapTable 么？
  //其结构是以 被观察者 object 为 key。并不像我们常用的 NSDictionary 那样是以 NSString 为 key
  NSMutableSet *infos = [_objectInfosMap objectForKey:object];

  // check for info existence 
  // 必须重写 _FBKVOInfo hash 以及 isEqual 方法，这样才能使用 NSSet 的 member 方法。
  _FBKVOInfo *existingInfo = [infos member:info];
  if (nil != existingInfo) {
    // observation info already exists; do not observe it again

    // unlock and return
    pthread_mutex_unlock(&_lock);
    return;
  }

    //如果没有 关于这个 object（被观察者）的相关信息，则创建 NSMutableSet，并添加到 NSMapTable 中
  // lazilly create set of infos
  if (nil == infos) {
    infos = [NSMutableSet set];
    [_objectInfosMap setObject:infos forKey:object];
  }

  // add info and oberve -- NSMutableSet 加 info
  [infos addObject:info];

  // unlock prior to callout
  pthread_mutex_unlock(&_lock);
    
    //sharedController 是 干嘛的？  将所有观察信息统一交由一个单例来完成
  [[_FBKVOSharedController sharedController] observe:object info:info];
}

总结一下上面一段的数据结构。FBKVOController 拥有成员变量 NSMapTable，NSMapTable以被观察者（object）为 key， NSMutableSet 为 value 。在 NSMutableSet 中，存储了不同 info。其关系图如下图：

FBKVOController.png
追踪一下这句代码 
[[_FBKVOSharedController sharedController] observe:object info:info];

_FBKVOSharedController 是会在 app 生命周期一直存在的单例，其职责是：接收并转发 KVO 通知。因此 app 当中所有 KVO 的通知都是由这个单例来完成的。


- (void)observe:(id)object info:(nullable _FBKVOInfo *)info
{
  if (nil == info) {
    return;
  }

  // register info   向 NSHashTable 添加 info
  //注意：在 _FBKVOController 类中的 NSMutableSet 已经强引用了 info
  //这里是为了弱引用 info，才使用 NSHashTable，当 info dealloc 时，同时会从容器中删除
  pthread_mutex_lock(&_mutex);
  [_infos addObject:info];
  pthread_mutex_unlock(&_mutex);

    //_FBKVOSharedController 是实际的观察者！ 随后会进行转发 ，
   //context 是 void * 无类型指针，是 info 的指针！
  [object addObserver:self forKeyPath:info->_keyPath options:info->_options context:(void *)info];
    //如果 state 是原始状态，则改为正在观察的状态，表明是在正在观察的状态
  if (info->_state == _FBKVOInfoStateInitial) {
    info->_state = _FBKVOInfoStateObserving;
  } else if (info->_state == _FBKVOInfoStateNotObserving) {
    // this could happen when `NSKeyValueObservingOptionInitial` is one of the NSKeyValueObservingOptions,
    // and the observer is unregistered within the callback block.
    // at this time the object has been registered as an observer (in Foundation KVO),
    // so we can safely unobserve it.
    [object removeObserver:self forKeyPath:info->_keyPath context:(void *)info];
  }
}

以上代码中想单独说一下下面的代码，其中的 context 参数使用的是 (void *)info 的指针，这样可以保证 context 的唯一性。

接收 KVO 通知，并做相应处理


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

  _FBKVOInfo *info;

  {
    // lookup context in registered infos, taking out a strong reference only if it exists
    // 利用 context 查找 info，其中用到了 void  * 转换为 id 型变量 (__bridge id)
    pthread_mutex_lock(&_mutex);
    info = [_infos member:(__bridge id)context];
    pthread_mutex_unlock(&_mutex);
  }

  if (nil != info) {

    // take strong reference to controller
    FBKVOController *controller = info->_controller;
    if (nil != controller) {

      // take strong reference to observer
      id observer = controller.observer;
      if (nil != observer) {

        // dispatch custom block or action, fall back to default action
        if (info->_block) {
          NSDictionary<NSKeyValueChangeKey, id> *changeWithKeyPath = change;
          // add the keyPath to the change dictionary for clarity when mulitple keyPaths are being observed
          if (keyPath) {
            NSMutableDictionary<NSString *, id> *mChange = [NSMutableDictionary dictionaryWithObject:keyPath forKey:FBKVONotificationKeyPathKey];
              //字典合并，并重新拷贝一份，
              //包含信息有：1、改变了哪个值 mChange 2、 原先的 change 字典
            [mChange addEntriesFromDictionary:change];
            changeWithKeyPath = [mChange copy];
          }
          info->_block(observer, object, changeWithKeyPath);
        } else if (info->_action) {
            //忽略警告！
#pragma clang diagnostic push
#pragma clang diagnostic ignored "-Warc-performSelector-leaks"
          [observer performSelector:info->_action withObject:change withObject:object];
#pragma clang diagnostic pop
        } else {
            //默认情况 调用观察者的原生函数！！
          [observer observeValueForKeyPath:keyPath ofObject:object change:change context:info->_context];
        }
      }
    }
  }
}

设计思路总结

收获（通读、研究源代码后）

小尾巴

第一次写源码解析，感觉思路都还比较混乱，认识也还比较浅薄，需要逐渐摸索一下。有什么问题欢迎提给我！

一些相关知识的链接
NSHashTable的特性和使用
互斥锁

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