KVO详解及底层实现

什么是KVO??

KVO就是NSKeyValueObserving，请看官方文档的解释：

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大概翻译如下：

一种非正式协议，通知其他对象的指定属性发生了改变。

简单理解就是，可以监听一个对象的某个属性是否发生改变。

那么问题来了，什么是非正式协议？？有正式协议吗？？

麻蛋，本来想找官方文档的，找了半天没找到。从Stackoverflow找到了答案，貌似原来官方文档的链接失效了

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大概翻译如下：

非正式协议：非正式协议是NSObject的一个类别Category，几乎所有的对象都隐含的采用（类别是OC的语言特性，能够给类对象添加方法而不需要创建子类），非正式协议的方法是可选的

正式协议： 一个正式协议声明了类需要实现的方法列表，正式协议有自己的声明、采用和类型检查语法。你可以使用@required或者optional关键字指定方法是否必须实现。子类继承父类采用的协议。正式协议也可以遵守其他协议

KVO实现

• 监听某个对象的某个属性

- (void)addObserver:(NSObject *)observer forKeyPath:(NSString *)keyPath options:(NSKeyValueObservingOptions)options context:(nullable void *)context;

• 实现非正式协议

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

• 移除监听

- (void)removeObserver:(NSObject *)observer forKeyPath:(NSString *)keyPath;

简单代码演示：

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
    
    self.person = [[ZJPerson alloc] init];
    
    [self.person setName:@"zhangsan"];
    
    [self.person addObserver:self forKeyPath:@"name" options:NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld context:nil];
    
}

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event{
    [self.person setName:@"lisi"];
}

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

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

打印结果：

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用法其实很简单，接下来重点来了，KVO为什么能够监听到属性变化，底层做了什么？？

KVO底层实现探究

首先，我们利用runtime在添加监听之前和之后分别打印一下类对象

NSLog(@"%@", object_getClass(self.person));
[self.person addObserver:self forKeyPath:@"name" options:NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld context:nil];NSLog(@"%@", object_getClass(self.person));

打印结果：

2018-05-19 22:48:18.726028+0800 KVO[33804:3059947] ZJPerson2018-05-19 22:48:18.726535+0800 KVO[33804:3059947] NSKVONotifying_ZJPerson

我们发现添加监听之后，实例对象的类对象发生了变化，系统为我们动态添加了一个NSKVONotifying_+类名的类，因为我们改变对象属性的值是通过setter方法实现了，所以很明显是系统动态生成的NSKVONotifying_ZJPerson类重写了setter方法。不信的话，我们可以做一个实验，自己手动添加一个NSKVONotifying_ZJPerson类，看下会打印什么

2018-05-19 22:56:32.223288+0800 KVO[33919:3068985] [general] KVO failed to allocate class pair for name NSKVONotifying_ZJPerson, automatic key-value observing will not work for this class

错误提示很明显，告诉我们创建NSKVONotifying_ZJPerson类失败，KVO失效

那么系统自动创建重写的的setter方法内部做了什么呢？？同样在添加监听方法之前，利用runtime打印下方法的实现,截图如下：

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发现方法实现变了，内部调用了系统Foundation框架下的_NSSetObjectValueAndNotify方法。那么这个框架内部又是怎么实现的呢，我们可以下断点，查看下函数调用栈：

首先通过设置一个观察点，观察属性的变化：

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继续执行，可以看到函数调用栈如下：

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在结果发生改变的地方继续下断点调试：

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由以上函数调用栈，我们大致可以猜测出，_NSSetObjectValueAndNotify函数内部实现过程如下：

1. `-[NSObject(NSKeyValueObservingPrivate) _changeValueForKey:key:key:usingBlock:]:2. -[NSObject(NSKeyValueObservingPrivate) _changeValueForKeys:count:maybeOldValuesDict:usingBlock:]:3. [ZJPerson setName:];4. `NSKeyValueDidChange:5. `NSKeyValueNotifyObserver:6. - (void)observeValueForKeyPath:ofObject:change:context

简化成OC的伪代码大致如下：

- (void)setName:(NSString *)name{
    _NSSetObjectValueAndNotify();
}void _NSSetObjectValueAndNotify {
    [self willChangeValueForKey:@"name"];
    [super setName:name];
    [self didChangeValueForKey:@"name"];
}

- (void)didChangeValueForKey:(NSString *)key{
    [observe observeValueForKeyPath:key ofObject:self change:nil context:nil];
}

NSKVONotifying_ZJPerson内部都重写了哪些方法

可以利用runtime方法打印一下方法列表：

unsigned int count;
Method *methods = class_copyMethodList(object_getClass(self.person), &count);    
for (NSInteger index = 0; index < count; index++) {
   Method method = methods[index];   
   NSString *methodStr = NSStringFromSelector(method_getName(method));   
   NSLog(@"%@\n", methodStr);
}

打印结果：

2018-05-20 08:57:07.883400+0800 KVO[35888:3218908] setName:
2018-05-20 08:57:07.883571+0800 KVO[35888:3218908] class2018-05-20 08:57:07.883676+0800 KVO[35888:3218908] dealloc2018-05-20 08:57:07.883793+0800 KVO[35888:3218908] _isKVOA

简单分析下重写这些方法的作用：

class：重写这个方法，是为了伪装苹果自动为我们生成的中间类。
dealloc：应该是处理对象销毁之前的一些收尾工作
_isKVOA：告诉系统使用了kvo

拓展

学任何东西，通过我们的思考一定会问出一些别的问题，通过深入了解kvo，下面两个问题，是面试经常会被问到的，也是我所能想到的：

• 如何动态生成一个类？？

• 知道了原理，能不能自己写一个KVO？？

动态生成一个自己的类

既然是动态生成，肯定是利用了苹果的runtime机制，通过上面对KVO的学习，也了解到了runtime的强大之处。

• 创建类

Class customClass = objc_allocateClassPair([NSObject class], "ZJCustomClass", 0);

• 添加实例变量

// 添加实例变量
    class_addIvar(customClass, "age", sizeof(int), 0, "i");

• 添加方法，V@:表示方法的参数和返回值

// 添加方法
    class_addMethod(customClass, @selector(hahahha), (IMP)hahahha, "V@:");

需要实现方法：

void hahahha(id self, SEL _cmd)
{    NSLog(@"hahahha====");
}

- (void)hahahha{

}

• 注册到运行时环境

objc_registerClassPair(customClass);

打印方法列表和成员变量列表，查看是否创建成功

#pragma mark - Util- (NSString *)copyMethodsByClass:(Class)cls{    unsigned int count;
    Method *methods = class_copyMethodList(cls, &count);    
    NSString *methodStrs = @"";    
    for (NSInteger index = 0; index < count; index++) {
        Method method = methods[index];        
        NSString *methodStr = NSStringFromSelector(method_getName(method));
        
        methodStrs = [NSString stringWithFormat:@"%@ ", methodStr];
    }
    
    free(methods);    
    return methodStrs;
}

- (NSString *)copyIvarsByClass:(Class)cls{    unsigned int count;
    Ivar *ivars = class_copyIvarList(cls, &count);    
    NSMutableString *ivarStrs = [NSMutableString string];    
    for (NSInteger index = 0; index < count; index++) {
        Ivar ivar = ivars[index];        
        NSString *ivarName = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getName(ivar)];  //获取成员变量的名字
        
        NSString *ivarType = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getTypeEncoding(ivar)]; //获取成员变量的数据类型
        
        [ivarStrs appendString:@"\n"];
        [ivarStrs appendString:ivarName];
        [ivarStrs appendString:@"-"];
        [ivarStrs appendString:ivarType];
        
    }
    
    free(ivars);    
    return ivarStrs;
}

调用方法可看到创建成功：

NSLog(@"%@", [self copyMethodsByClass:customClass]);NSLog(@"%@", [self copyIvarsByClass:customClass]);

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动态创建类大致就这些步骤。。。

自己动手写一个KVO

KVO底层实现还是很复杂的，下面我只是简单的写下实现过程：

• 因为它是一个非正式协议，给NSObject新建一个Category，NSObject+kvo.h,添加监听方法：

.h文件

#import <Foundation/Foundation.h>@interface NSObject (kvo)- (void)zj_addObserver:(NSObject *)observer forKeyPath:(NSString *)keyPath options:(NSKeyValueObservingOptions)options context:(nullable void *)context;@end

.m文件

#import "NSObject+kvo.h"#import <objc/runtime.h>#import <objc/message.h>@implementation NSObject (kvo)- (void)zj_addObserver:(NSObject *)observer forKeyPath:(NSString *)keyPath options:(NSKeyValueObservingOptions)options context:(void *)context{    //动态添加一个类
    NSString *originClassName = NSStringFromClass([self class]);    
    NSString *newClassName = [@"ZJKVO_" stringByAppendingString:originClassName];    
    const char *newName = [newClassName UTF8String];    
    // 继承自当前类，创建一个子类
    Class kvoClass = objc_allocateClassPair([self class], newName, 0);    
    // 添加setter方法
    class_addMethod(kvoClass, @selector(setName:), (IMP)setName, "v@:@");    
    //注册新添加的这个类
    objc_registerClassPair(kvoClass);    
    // 修改isa指针，由ZJPerson指向ZJKVO_Person
    object_setClass(self, kvoClass);    
    // 保存观察者属性到当前类中
    objc_setAssociatedObject(self, (__bridge const void *)@"observer", observer, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}#pragma mark - 重写父类方法void setName(id self, SEL _cmd, NSString *name) {    
    // 保存当前KVO的类
    Class kvoClass = [self class];    
    // 将self的isa指针指向父类ZJPerson，调用父类setter方法
    object_setClass(self, class_getSuperclass([self class]));    
    // 调用父类setter方法，重新复制
    objc_msgSend(self, @selector(setName:), name);    
    // 取出ZJKVO_Person观察者
    id objc = objc_getAssociatedObject(self, (__bridge const void *)@"observer");    // 通知观察者，执行通知方法
    objc_msgSend(objc, @selector(observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:), name, self, nil, name);    
    // 重新修改为ZJKVO_Person类
    object_setClass(self, kvoClass);
}

注意一
要修改下xcode中的一个配置，将它改为NO，否则会报参数太多的错误：

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注意二

解释下代码中v@:@的意思：

• 第一个v表示方法返回值void

• 第二三个@:一般是一块的，因为函数至少有两个参数self和_cmd，一般是固定写法

• 最后一个@表示参数类型，是一个对象

下面在代码中实验，看下我们自己写的kvo有没有执行：

修改添加监听者的方法，改成我们自己的

[self.person zj_addObserver:self forKeyPath:@"name" options:NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld context:nil];

看下回调中的打印：

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发现确实监听到了。。。

代码地址

总结

kvo用法其实非常简单，但是深入了解，深入思考的话，知识点非常多。花了一天多的时间，期间查阅了很多文档（发现官方文档真的是非常有用），总算是写完了，对KVO有了一个更深入的认识和理解。今天是520，感谢女朋友的理解，终于可以陪她出去玩了，哈哈。。。

作者：czj_warrior
链接：https://www.jianshu.com/p/cf079e5433e4