iOS KVO 底層原理

什么是KVO擂达？

KVO是一種機(jī)制，他是建立在KVC的基礎(chǔ)上的胶滋，他可以將其他對(duì)象屬性值的變化通知給對(duì)象板鬓。

1.1、注冊(cè)KVO

您必須執(zhí)行以下步驟究恤，才能使對(duì)象能夠接收KVO兼容屬性的鍵值觀察通知：

使用方法addObserver:forKeyPath:options:context:將觀察者注冊(cè)到觀察對(duì)象俭令。
observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:在觀察者內(nèi)部實(shí)現(xiàn)這個(gè)方法以接收更改通知消息。
removeObserver:forKeyPath:當(dāng)觀察者不再需要接收消息時(shí)部宿，使用該方法注銷觀察者抄腔。最晚在從內(nèi)存釋放觀察者之前調(diào)用此方法。
removeObserver:forKeyPath:context:當(dāng)我們?cè)谧?cè)觀察者的時(shí)候理张，如果context參數(shù)不為NULL時(shí)赫蛇，應(yīng)該使用這個(gè)方法來(lái)移除，這樣更安全雾叭。

1.2悟耘、context參數(shù)解釋

addObserver:forKeyPath:options:context:方法中的context參數(shù)將在相應(yīng)的observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:中回傳給觀察者。你可以將這個(gè)參數(shù)指定為NULL织狐，通過(guò)依賴keyPath來(lái)確定觀察屬性的來(lái)源暂幼，但是當(dāng)有多個(gè)對(duì)象具有相同的屬性被觀察時(shí)掘殴，根據(jù)keyPath來(lái)判斷就顯得不那么方便了。

一種更安全粟誓，更具擴(kuò)展性的方法是使用context來(lái)進(jìn)行區(qū)分奏寨。

context指針的創(chuàng)建。

static void * PersonAccountBalanceContext =＆PersonAccountBalanceContext;
static void * PersonAccountInterestRateContext =＆PersonAccountInterestRateContext;

2.1鹰服、接收KVO的通知

當(dāng)觀察到的對(duì)象屬性值改變時(shí)病瞳，觀察者會(huì)收到一條observeValueForKeyPath:ofObject:change:context: 消息。所有觀察者都必須實(shí)現(xiàn)此方法悲酷。

- (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath
                      ofObject:(id)object
                        change:(NSDictionary *)change
                       context:(void *)context {
 
    if (context == PersonAccountBalanceContext) {
        // Do something
 
    } else if (context == PersonAccountInterestRateContext) {
        // Do something
 
    } else {
        // Any unrecognized context must belong to super
        [super observeValueForKeyPath:keyPath
                             ofObject:object
                               change:change
                               context:context];
    }
}

當(dāng)我們?cè)谧?cè)觀察者的時(shí)候使用context參數(shù)時(shí)套菜，那么在接收通知的地方就可以使用context來(lái)區(qū)分是哪個(gè)對(duì)象的屬性觸發(fā)了通知回調(diào)。

如果在注冊(cè)觀察者時(shí)用NULL傳遞個(gè)context设易，那么將使用keyPath來(lái)進(jìn)行比較逗柴，已確定是哪個(gè)對(duì)象的屬性進(jìn)行了更改。

無(wú)論如何顿肺，觀察者應(yīng)始終observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:在其無(wú)法識(shí)別context（或在簡(jiǎn)單情況下戏溺，是任意的keyPath）時(shí)調(diào)用父類的實(shí)現(xiàn)，因?yàn)檫@意味著父類也已注冊(cè)了通知屠尊。

如果通知傳遞到類層次結(jié)構(gòu)的頂部旷祸，則NSObject拋出，NSInternalInconsistencyException因?yàn)檫@是編程錯(cuò)誤：子類無(wú)法使用為其注冊(cè)的通知讼昆。

3托享、移除KVO

通過(guò)向被觀察對(duì)象發(fā)送一條removeObserver:forKeyPath:context:消息，指定observer浸赫，keyPath和context闰围，可以刪除鍵值觀察者。

移除觀察者時(shí)既峡，請(qǐng)謹(jǐn)記以下幾點(diǎn)羡榴。

如果移除了一個(gè)沒(méi)有注冊(cè)的觀察者，則將會(huì)引發(fā)一個(gè)NSRangeException異常涧狮，你可以將removeObserver:forKeyPath:context:調(diào)用放在try / catch塊中以處理潛在的異常炕矮。
當(dāng)對(duì)象釋放后么夫，觀察者不會(huì)自動(dòng)被移除者冤，如果被觀察對(duì)象也沒(méi)有被釋放，那么被觀察對(duì)象會(huì)繼續(xù)發(fā)送通知档痪，和其他的對(duì)象一樣涉枫，向已釋放的對(duì)象發(fā)送消息，會(huì)觸發(fā)內(nèi)存異常腐螟。為此愿汰，要確保觀察者在對(duì)象釋放之前困后，刪除自己。
該協(xié)議無(wú)法詢問(wèn)對(duì)象是觀察者還是被觀察者衬廷。為了代碼不出現(xiàn)相關(guān)的錯(cuò)誤摇予。一種典型的做法是在觀察者初始化期間（例如在中init或中viewDidLoad）注冊(cè)為觀察者，在釋放過(guò)程中（通常在中dealloc）注銷（確保正確配對(duì)和排序的添加和刪除消息）吗跋，并且在對(duì)象從內(nèi)存中釋放之前將其注銷侧戴。。

4跌宛、自動(dòng)通知與手動(dòng)通知

KVO默認(rèn)的是自動(dòng)通知酗宋，也就是當(dāng)我們屬性的值變化的時(shí)候，就會(huì)自動(dòng)發(fā)送通知疆拘，我們可以在改類中重寫automaticallyNotifiesObserversForKey:方法來(lái)控制是否啟用自動(dòng)通知蜕猫。

+ (BOOL)automaticallyNotifiesObserversForKey:(NSString *)key {
    return YES;
}

返回為YES時(shí)，是為該對(duì)象的所有屬性啟用自動(dòng)通知哎迄。
返回為NO時(shí)回右，是為該對(duì)象的所有對(duì)象禁用自動(dòng)通知。

我們可以根據(jù)Key來(lái)判斷漱挚，為某一個(gè)屬性啟用或者禁用自動(dòng)通知楣黍。

另外針對(duì)特定的屬性啟用和禁用自動(dòng)通知，系統(tǒng)還給我們生成了唯一的方法棱烂。

@interface Account : NSObject
@property (nonatomic, assign) double balance;
@property (nonatomic, assign) double interesRate;
@end

以Account中的屬性為例租漂，編譯器為我們自動(dòng)生成了兩個(gè)方法，分別來(lái)控制該屬性是否啟用自動(dòng)通知颊糜。

+ (BOOL)automaticallyNotifiesObserversOfBalance {
    return NO;
}

+ (BOOL)automaticallyNotifiesObserversOfInteresRate {
    return NO;
}

automaticallyNotifiesObserversForKey:方法的優(yōu)先級(jí)大于特定屬性生成的方法哩治，如果實(shí)現(xiàn)了automaticallyNotifiesObserversForKey:方法，那么特定屬性的方法將不會(huì)被調(diào)用衬鱼。

要實(shí)現(xiàn)手動(dòng)觀察者通知业筏，請(qǐng)手動(dòng)調(diào)用willChangeValueForKey:在更改值之前和didChangeValueForKey:更改值之后。以balance屬性實(shí)現(xiàn)了手動(dòng)通知鸟赫。

- (void)setBalance:(double)theBalance {
    [self willChangeValueForKey:@"balance"];
    _balance = theBalance;
    [self didChangeValueForKey:@"balance"];
}

5蒜胖、可變集合的KVO

當(dāng)我們監(jiān)聽的對(duì)象的屬性是可變集合或者是可變數(shù)組時(shí)，如果我們想要得到數(shù)組或者集合內(nèi)容變化時(shí)的通知抛蚤，我們需要做一些特殊的處理台谢。

使用mutableArrayValueForKey:方法取出對(duì)象中的數(shù)組，然后在對(duì)可變數(shù)組進(jìn)行操作岁经，此時(shí)我們就可以得到數(shù)組內(nèi)容變化的通知了朋沮。

NSMutableArray *mArray = [self.account mutableArrayValueForKey:@"transactions"];
[mArray addObject:@"4"];

可變集合的操作和這個(gè)類似，使用mutableSetValueForKey:缀壤。

6樊拓、屬性依賴

當(dāng)一個(gè)屬性的值是依賴于其他幾個(gè)屬性來(lái)決定的時(shí)候纠亚，我們可以使用keyPathsForValuesAffectingValueForKey:方法或者使用遵循命名方式的keyPathsForValuesAffectingValueFor<Key>來(lái)建立以來(lái)關(guān)系。

例如筋夏，一個(gè)人的全名取決于名字和姓氏蒂胞。返回全名的方法可以編寫如下：

- (NSString *)fullName {
    return [NSString stringWithFormat:@"%@ %@",firstName, lastName];
}

我們?cè)谕獠勘O(jiān)聽fullName，當(dāng)firstName或者lastName的值發(fā)生改變時(shí)条篷，則應(yīng)該觸發(fā)回調(diào)啤誊。
下面介紹兩種建立依賴的方法。

+ (NSSet *)keyPathsForValuesAffectingValueForKey:(NSString *)key {
 
    NSSet *keyPaths = [super keyPathsForValuesAffectingValueForKey:key];
 
    if ([key isEqualToString:@"fullName"]) {
        NSArray *affectingKeys = @[@"lastName", @"firstName"];
        keyPaths = [keyPaths setByAddingObjectsFromArray:affectingKeys];
    }
    return keyPaths;
}

+ (NSSet *)keyPathsForValuesAffectingFullName {
    return [NSSet setWithObjects:@"lastName", @"firstName", nil];
}

KVO實(shí)現(xiàn)原理

KVO是使用isa-swizzling技術(shù)實(shí)現(xiàn)的拥娄，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是修改了對(duì)象的isa指針蚊锹，使其指向中間類而不是真正的類，所以isa指針的值并不能反映實(shí)例的實(shí)際類稚瘾，所以應(yīng)該使用class方法來(lái)確定對(duì)象的實(shí)際類牡昆。

1.1、KVO驗(yàn)證

接下來(lái)我們就做一個(gè)簡(jiǎn)單的驗(yàn)證摊欠。
現(xiàn)在我們有一個(gè)Person類

@interface Person : NSObject
@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@end

我們分別在添加KVO之前和添加KVO只有來(lái)輸出對(duì)象的isa指針看看丢烘。

self.person = [Person new];
{
    Class cls = object_getClass(self.person);
    NSLog(@"%@", NSStringFromClass(cls));
}

[self.person addObserver:self forKeyPath:@"name" options:(NSKeyValueObservingOptionNew) context:NULL];
{
    Class cls = object_getClass(self.person);
    NSLog(@"%@", NSStringFromClass(cls));
}

輸出結(jié)果如下

2020-02-14 10:24:32.252254+0800 KVO原理探索[23368:1376988] Person
2020-02-14 10:24:32.252750+0800 KVO原理探索[23368:1376988] NSKVONotifying_Person

我們發(fā)現(xiàn)兩次輸出的結(jié)果不一樣，對(duì)象沒(méi)有添加KVO之前些椒，isa指針指向的是Person類播瞳，添加了KVO之后對(duì)象的isa指針，指向的是NSKVONotifying_Person免糕。至此我們可以得出對(duì)象在添加KVO之后赢乓，在運(yùn)行時(shí)為我們動(dòng)態(tài)的生成了一個(gè)NSKVONotifying_Person的類，并且將這個(gè)對(duì)象的isa指針指向了這個(gè)新的類石窑。

1.2牌芋、動(dòng)態(tài)類的繼承關(guān)系

我們都知道，在OC中松逊，所有的類躺屁，都有一個(gè)父類，我們來(lái)看看NSKVONotifying_Person的繼承關(guān)系经宏。

Class cls = object_getClass(self.person);
NSLog(@"%@", NSStringFromClass(cls));

Class supCls = cls;
do {
    supCls = [supCls superclass];
    NSLog(@"%@", NSStringFromClass(supCls));
} while (supCls);

這段代碼將會(huì)輸出類的所有父類犀暑。

2020-02-14 10:37:24.826558+0800 KVO原理探索[23558:1388700] NSKVONotifying_Person
2020-02-14 10:37:24.826718+0800 KVO原理探索[23558:1388700] Person
2020-02-14 10:37:24.826840+0800 KVO原理探索[23558:1388700] NSObject
2020-02-14 10:37:24.826945+0800 KVO原理探索[23558:1388700] (null)

通過(guò)驗(yàn)證，我們發(fā)現(xiàn)NSKVONotifying_Person是直接繼承與Person的烁兰。

1.3耐亏、動(dòng)態(tài)類方法探究

接下來(lái)我們看看這個(gè)動(dòng)態(tài)生成的類中都有那寫方法，我們使用Runtime的API來(lái)輸出這個(gè)類中的所有方法以及他們的實(shí)現(xiàn)缚柏。

- (void)printClassAllMethod:(Class)cls {
    unsigned int count = 0;
    Method *methods = class_copyMethodList(cls, &count);
    for (int i = 0; i < count; i++) {
        Method method = methods[i];
        SEL methodSel = method_getName(method);
        IMP methodImp = method_getImplementation(method);
        NSLog(@"%@-%p", NSStringFromSelector(methodSel), methodImp);
    }
    free(methods);
}

調(diào)用上面的這段代碼就可以輸出這個(gè)類中都定義了哪些方法苹熏，我們來(lái)看看NSKVONotifying_Person中都有哪些碟贾。

2020-02-14 11:43:09.706699+0800 KVO原理探索[24582:1444989] setName:-0x7fff25721c7a
2020-02-14 11:43:09.706794+0800 KVO原理探索[24582:1444989] class-0x7fff2572073d
2020-02-14 11:43:09.706871+0800 KVO原理探索[24582:1444989] dealloc-0x7fff257204a2
2020-02-14 11:43:09.706973+0800 KVO原理探索[24582:1444989] _isKVOA-0x7fff2572049a

我們發(fā)現(xiàn)它重寫了三個(gè)方法并且自定義了一個(gè)方法币喧，最主要的是它重寫了屬性的setter方法轨域。

這里我們也輸出一下Person類中的所有方法。

2020-02-14 11:41:12.101584+0800 KVO原理探索[24582:1444989] .cxx_destruct-0x108053ee0
2020-02-14 11:41:12.101732+0800 KVO原理探索[24582:1444989] name-0x108053e70
2020-02-14 11:41:12.101854+0800 KVO原理探索[24582:1444989] setName:-0x108053ea0

接下來(lái)我們來(lái)看看杀餐，添加KVO之后設(shè)置屬性時(shí)干发，有哪些變化。

沒(méi)有添加KVO

我們可以看到對(duì)象在沒(méi)有添加KVO時(shí)史翘，直接調(diào)用了屬性的setter方法對(duì)屬性進(jìn)行賦值枉长。通過(guò)方法的地址可以驗(yàn)證。

2020-02-14 11:41:12.101854+0800 KVO原理探索[24582:1444989] setName:-0x108053ea0

上面setter方法的地址和調(diào)用地址是一樣的琼讽，由此可以得出是直接調(diào)用了setter方法必峰。

添加了KVO

當(dāng)對(duì)象在添加了KVO之后，我們?cè)賹?duì)屬性進(jìn)行賦值的時(shí)候調(diào)用的不一樣了钻蹬。我們發(fā)現(xiàn)這里調(diào)用的方法的地址就是我們動(dòng)態(tài)類中setter方法的地址吼蚁。

2020-02-14 11:43:09.706699+0800 KVO原理探索[24582:1444989] setName:-0x7fff25721c7a

所以當(dāng)對(duì)象添加了KVO之后，再對(duì)屬性進(jìn)行賦值時(shí)調(diào)用的是動(dòng)態(tài)類中重寫的方法问欠。在這個(gè)方法中我們發(fā)現(xiàn)它調(diào)用了willChangeValueForKey:和didChangeValueForKey:肝匆，根據(jù)官網(wǎng)的介紹可知，這兩個(gè)方法是用來(lái)發(fā)送通知的顺献。

調(diào)用堆棧

最后調(diào)用父類的setter方法來(lái)賦值旗国。