探寻KVO本质

2019-06-25  本文已影响0人  叫我小黑

面试题

iOS用什么方式实现对一个对象的KVO？(KVO的本质是什么？)

  • 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
    • willChangeValueForKey:
    • 父类原来的setter
    • didChangeValueForKey:
      • 内部会触发监听器（Observer）的监听方法( observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:）

如何手动触发KVO？

手动调用 willChangeValueForKey: 和 didChangeValueForKey:

直接修改成员变量会触发KVO么？

不会触发KVO

探寻KVO的本质

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

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    MJPerson *person1 = [[MJPerson alloc] init];
    MJPerson *person2 = [[MJPerson alloc] init];
    person1.age = 1;  
    person1.age = 2;  
    person2.age = 1;  

    // 给person1对象添加KVO监听
    NSKeyValueObservingOptions options = NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld;
    [person1 addObserver:self forKeyPath:@"age" options:options context:@"123"];
    person1.age = 10;
    [person1 removeObserver:self forKeyPath:@"age"];
}
// 当监听对象的属性值发生改变时，就会调用
- (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);
}
/*
打印内容
监听到<MJPerson: 0x600001ea03e0>的age属性值改变了 - {
    kind = 1;
    new = 10;
    old = 2;
} - 123
*/
KVO-1

探寻 KVO 的底层实现原理

通过重写 MJPerson 类中的 age 的 set 方法，我们发现 person1 对象和 person2 对象调用同样的 set 方法，但是person1 除了调用set方法之外还会另外执行监听器的observeValueForKeyPath方法。
说明KVO在运行时对person1对象做了一些改变。相当于在程序运行过程中，对person1对象做了一些变化，使得person1对象在调用 setage 方法的时候可能做了一些额外的操作，所以问题出在对象身上，两个对象在内存中肯定不一样，两个对象可能本质上并不一样。

KVO 的底层实现分析

首先我们在添加监听的地方打断点，打印出 person1 以及 person2 的 isa 指针，然后在添加监听的代码的下一行处打断点，再打印出 person1 以及 person2 的 isa 指针


KVO-2

通过上图比较监听前后发现，person1对象执行过addObserver操作之后，p1对象的isa指针由之前的指向类对象Person变为指向NSKVONotifyin_MJPerson类对象，而person2对象没有任何改变。也就是说一旦p1对象添加了KVO监听以后，其isa指针就会发生变化。

先来观察person2对象在内容中是如何存储的，person2在调用setage方法的时候，首先会通过person2对象中的isa指针找到MJPerson类对象，然后在类对象中找到setage方法。然后找到方法对应的实现。


未使用KVO监听的对象

person1对象的isa指针在经过KVO监听之后指向了NSKVONotifyin_MJPerson类对象，NSKVONotifyin_MJPerson其实是MJPerson的子类，那么也就是说其superclass指针是指向MJPerson类对象的，NSKVONotifyin_MJPerson是runtime在运行时生成的。那么person1对象在调用setage方法的时候，肯定会根据person1的isa找到NSKVONotifyin_MJPerson，在NSKVONotifyin_MJPerson中找setage的方法及实现。

查阅资料可以了解到。
NSKVONotifyin_MJPerson中的setAge方法中其实调用了 Fundation框架中C语言函数 _NSset*ValueAndNotify，_NSset*ValueAndNotify内部做的操作相当于，首先调用willChangeValueForKey 将要改变方法，之后调用父类的setage方法对成员变量赋值，最后调用didChangeValueForKey已经改变方法。didChangeValueForKey中会调用监听器的监听方法，最终来到监听者的observeValueForKeyPath方法中。

通过打印方法实现的地址来看一下person1和person2的setAge的方法实现的地址在添加KVO前后有什么变化。

NSLog(@"person1添加KVO监听之前 - %p %p", [person1 methodForSelector:@selector(setAge:)], [person2 methodForSelector:@selector(setAge:)]);
// 给person1对象添加KVO监听
NSKeyValueObservingOptions options = NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld;
    [person1 addObserver:self forKeyPath:@"age" options:options context:@"123"];
NSLog(@"person1添加KVO监听之后 - %p %p", [person1 methodForSelector:@selector(setAge:)], [person2 methodForSelector:@selector(setAge:)]);
setAge 方法打印结果
在添加KVO监听之前，person1和person2的setAge方法实现的地址相同，而经过KVO监听之后，p1的setAge方法实现的地址发生了变化，对比前后的变化发现，person1的setAge方法的实现由Person类方法中的setAge方法转换为了C语言的Foundation框架的 _NSsetIntValueAndNotify函数。
Foundation框架中会根据属性的类型，调用不同的方法。例如我们之前定义的int类型的age属性，那么我们看到Foundation框架中调用的_NSsetIntValueAndNotify函数。那么我们把age的属性类型变为double重新打印一遍
setAge 方法 double 打印结果
发现调用的函数变为了_NSSetDoubleValueAndNotify，那么这说明Foundation框架中有许多此类型的函数，通过属性的不同类型调用不同的函数。

可以找到Foundation框架文件，通过命令行查询关键字找到相关函数


NSSet*AndNotify
NSKVONotifyin_MJPerson内部结构

NSKVONotifyin_MJPerson作为MJPerson的子类，其superclass指针指向MJPerson类，并且NSKVONotifyin_MJPerson内部一定对setAge方法做了单独的实现，那么NSKVONotifyin_MJPerson同MJPerson类的差别可能就在于其内存储的对象方法及实现不同。
我们通过runtime分别打印MJPerson类对象和NSKVONotifyin_MJPerson类对象内存储的对象方法

- (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);
}

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    MJPerson *person1 = [[MJPerson alloc] init];
    MJPerson *person2 = [[MJPerson alloc] init];
    person1.age = 1;
    person1.age = 2;
    person2.age = 1;
    
    // 给person1对象添加KVO监听
    NSKeyValueObservingOptions options = NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld;
    [person1 addObserver:self forKeyPath:@"age" options:options context:@"123"];
    [self printMethodNamesOfClass:object_getClass(person1)];
   [self printMethodNamesOfClass:object_getClass(person2)];
    person1.age = 10;
    [person1 removeObserver:self forKeyPath:@"age"];
}

打印结果为


方法打印

发现NSKVONotifying_MJPerson中有4个对象方法。分别为setAge: class dealloc _isKVOA，那么至此我们可以画出NSKVONotifying_MJPerson的内存结构以及方法调用顺序。


使用了 KVO 监听的对象
这里NSKVONotifying_MJPerson重写class方法是为了隐藏NSKVONotifying_MJPerson。不被外界所看到。我们在person1添加过KVO监听之后，分别打印person1和person2对象的class可以发现他们都返回MJPerson。 
NSLog(@"%@,%@",[person1 class],[person2 class]);
// 打印结果 MJPerson,MJPerson

猜测NSKVONotifying_MJPerson 中 class 的实现如下

// 隐藏了NSKVONotifying_MJPerson类的存在
- (Class)class
{
    return [MJPerson class];
}
验证didChangeValueForKey:内部会调用observer的observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:方法

在 MJPerson 中重写 willChangeValueForKey: 和 didChangeValueForKey方法

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

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

打印结果


打印结果

通过打印内容可以看到，确实在didChangeValueForKey方法内部已经调用了observer的observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:方法。

手动触发KVO
MJPerson *person1 = [[MJPerson alloc] init];
person1.age = 2;
// 给person1对象添加KVO监听
NSKeyValueObservingOptions options = NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld;
[person1 addObserver:self forKeyPath:@"age" options:options context:@"123"];
[person1 willChangeValueForKey:@"age"];
[person1 didChangeValueForKey:@"age"];
[person1 removeObserver:self forKeyPath:@"age"];

打印结果：


打印结果

打印发现，didChangeValueForKey方法内部成功调用了observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:，并且age的值并没有发生改变。

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