KVO 底层本质

2018-11-08 本文已影响45人 ZhengYaWei

一、KVO 的一个疑惑
二、KVO 的浅层分析
三、KVO 浅层分析验证
四、KVO 子类内部方法
五、手动触发 KVO

一、KVO 的一个疑惑

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    self.person1 = [[Person alloc] init];
    self.person1.age = 1;
    self.person2 = [[Person alloc] init];
    self.person2.age = 2;
    // 给person1对象添加KVO监听
    NSKeyValueObservingOptions options = NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld;
    [self.person1 addObserver:self forKeyPath:@"age" options:options context:@"123"];
}
- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event{
    self.person1.age = 21;
    self.person2.age = 22;
}
- (void)dealloc {
    [self.person1 removeObserver:self forKeyPath:@"age"];
}
- (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);
}

@interface Person : NSObject
@property (assign, nonatomic) int age;
@end
@implementation Person
- (void)setAge:(int)age{
    _age = age;
}
@end

上述是一段简单的 KVO 使用代码，但如果仔细一想确实有个很大的疑惑。两个Person对象调用了类似的方法，其中touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event方法中，两个 person 对象赋值的本质都是调用了Person类中的 - (void)setAge:(int)age 方法。唯一的不同点在于person1添加了KVO监听。person1 会走 KVO 监听回调，person2却不走监听回调。

相信有不少开发者多少了解各大概，是通过运行时动态创建子类实现 KVO 机制。但是不得不承认，苹果的这个 KVO 机制设计的非常巧妙，仅仅一行代码便能实现意想不到的结果。为了更深入的了解 KVO 机制，下面会结合相关底层源码分析 KVO 机制。

二、KVO 的浅层分析

使用 LLDB 在 touchesBegan 方法内断点打印 person1和 person2 的 isa指针，即 p self.person1.isa 和 p self.person2.isa ,会发现打印结果不同。其中person1的 isa 指针指向的类为NSKVONotifying_Person,而 person2 的 isa 指针指向的类为Person。(说明: 实例对象的 isa 指向类，类的 isa 指针指向元类，元类的 isa 指针指向根元类，根元类的 isa 指针指向根元类自身)。

结合上述 LLDB 调试结果，可以进一步分析两个 person 实例对象的内存布局。首先来看，未使用 KVO 监听对象的内存布局，即person2对象。person2 的 isa 指针指向 Person 的 Class 对象， Person 的 Class 对象中包含 isa 指针，superclass指针，以及age属性 对应的的 setAge:和 age 方法。总的来说，person2 对象的内存布局和普通对象的内存布局无任何特殊之处。

未使用 KVO 监听对象的内存布局

再来看看，使用 KVO 监听对象的内存布局，即 person1 对象。

使用 KVO 监听对象的内存布局

通过上述 LLDB 调试可以看出 person1 的 isa 指向 NSKVONotifying_Person, 该类是借助 runtime 动态生成的类， NSKVONotifying_Person实际上是 Person的子类，故 superclass 指向 Person 类。 self.person1.age = 21会调用 NSKVONotifying_Person 类中的 setAge 方法，setAge 方法中会调用 Foundation 框架中的 _NSSetIntValueAndNotify 方法， _NSSetIntValueAndNotify 方法内部依次调用willChangeValueForKey 、 super setAge 、 didChangeValueForKey 三个方法。 didChangeValueForKey 方法通知监听器属性值发生变化。大概的伪代码形式如下：

@implementation NSKVONotifying_Person
- (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];
}
@end

为了证明伪代码 _NSSetIntValueAndNotify 的内部调用方法执行顺序，可重写 Person 类的如下方法，并输出 log 信息。

- (void)willChangeValueForKey:(NSString *)key{
    [super willChangeValueForKey:key];
    NSLog(@"willChangeValueForKey");
}
- (void)setAge:(int)age{
    _age = age;
    NSLog(@"setAge:");
}
- (void)didChangeValueForKey:(NSString *)key{
    NSLog(@"didChangeValueForKey - begin");
    [super didChangeValueForKey:key];
    NSLog(@"didChangeValueForKey - end");
}

如下打印结果，可证明伪代码 _NSSetIntValueAndNotify 的实现步骤。

willChangeValueForKey
setAge:
didChangeValueForKey - begin
监听到<Person: 0x600002a8a900>的age属性值改变了 - {
    kind = 1;
    new = 21;
    old = 1;
} - 123
didChangeValueForKey - end

三、KVO 浅层分析验证

3.1 验证一

如果在原有工程中，创建NSKVONotifying_Person类，运行代码会报 KVO failed to allocate class pair for name NSKVONotifying_Person, automatic key-value observing will not work for this class 错误，因为原有工程中已经存在该类，故无法运行时生成该类。

3.2 验证二

在 person 对象调用 addObserver: forKeyPath: options: context: 方法之前和之后添加如下代码，打印结果分别为添加KVO监听之前 - Person Person 和 添加KVO监听之后 - NSKVONotifying_Person Person。

NSLog(@"添加KVO监听之前 - %@ %@",
          object_getClass(self.person1),
          object_getClass(self.person2));//添加KVO监听之前 - MJPerson MJPerson

NSLog(@"添加KVO监听之后 - %@ %@",
          object_getClass(self.person1),
          object_getClass(self.person2));//添加KVO监听之后 - NSKVONotifying_MJPerson MJPerson

3.3 验证三

在 person 对象调用 addObserver: forKeyPath: options: context: 方法之前和之后添加如下代码,打印结果分别为 添加KVO监听之前 - 0x106515c90 0x106515c90 和 添加KVO监听之后 - 0x10686ffc2 0x106515c90 。

NSLog(@"添加KVO监听之前 - %p %p",
          [self.person1 methodForSelector:@selector(setAge:)],
          [self.person2 methodForSelector:@selector(setAge:)]);

NSLog(@"添加KVO监听之后 - %p %p",
          [self.person1 methodForSelector:@selector(setAge:)],
          [self.person2 methodForSelector:@selector(setAge:)]);

进一步借助 LLDB 调试 p (IMP)0x106515c90 和 p (IMP) 0x10686ffc2的打印结果如下：

四、KVO 子类内部方法

上图中可以看出子类 NSKVONotifying_Person 除了重写 setAge：方法，还重写了class、dealloc、以及_isKVOA方法。为了证明NSKVONotifying_Person中存在上面提到的四个方法，可借助class_copyMethodList方法打印特定类中的方法。打印结果为SKVONotifying_MJPerson setAge:, class, dealloc, _isKVOA,

- (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);
}

dealloc 方法不难理解，主要是做一些收尾工作，解决内存问题。
class 方法内部大概实现是return [Person class]。试想，如果不这样重写class方法，那么 person1 在添加 KVO 监听之后，调用object_getClass(object_getClass(self.person1)) 或 [self.person1 class] 将返回NSKVONotifying_Person, 这显然与实际情况不符合。因此可以猜测class 方法内部大概实现是return [Person class]，从而屏蔽了 NSKVONotifying_Person 底层类的存在。

五、手动触发 KVO

KVO 的触发条件一般是修改监听对象属性值，但是如何在不修改被监听属性值的情况下触发 KVO 监听回调。也就是所谓的手动触发 KVO ，通过下面两行代码可手动触发 KVO, 注意必须同时调用下面两行代码。

[self.person1 willChangeValueForKey:@"age"];
[self.person1 didChangeValueForKey:@"age"];

由此也可以知道直接修改成员变量不会触发 KVO 监听方法，因为 KVO 的本质是重写了 set 方法， set 方法内部调用了willChangeValueForKey 和 didChangeValueForKey 方法，直接修改成员变量并不会调用 set 方法。

另外，通过 KVC 修改属性也会触发 KVO 监听，因为 KVC 中setValue:forKey:会按照setKey、_setKey的顺序查找方法，setValue:forKey: 内部调用顺序如下，这里不再展开说明。