iOS底层-KVO原理KVO的全称是Key-value observing(键值观察)，它提供了一种机制，允许对象在其他

KVO的全称是Key-value observing(键值观察)，它提供了一种机制，允许对象在其他对象的特定属性发生变化时收到通知。下面我们先从API中去分析他的用法，然后分析他的底层原理。

API分析

我们经常使用KVO方式如下：

// Wushuang.h
@interface Wushuang : NSObject
@property (nonatomic, strong) NSString *name;
@property (nonatomic, strong) NSString *nickName;
@end

// VC
@interface SecondViewController ()
@property (nonatomic, strong) Wushuang *ws;
@end

self.ws = [Wushuang alloc];
self.ws.name = @"Dianji";
self.ws.nickName = @"Iron Man";
// 添加观察
[self.ws addObserver:self forKeyPath:@"name" options:(NSKeyValueObservingOptionNew) context:NULL];

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

addObserver时，末尾的context参数往往被忽视了，那么这个参数有什么作用呢？下面我们去分析

1. context的作用

在官方文档 Key-Value Observing Programming Guide 中，是这样描述context的：

截屏2021-11-24 17.00.27.png

大致意思是context可以用来判断观察属性的路径，这样更安全，可拓展行也更强。
如果观察一个对象中的两个不同属性，我们可以用keyPath来判断，但观察多个不同对象的属性时，就需要先判断object再判断keyPath，这样就比较繁琐，此时context的优势就体现出来了，用法如下：

static void *wushuangNameContext = &wushuangNameContext;
static void *teacherNameContext = &teacherNameContext;

[self.ws addObserver:self forKeyPath:@"name" options:(NSKeyValueObservingOptionNew) context:wushuangNameContext];

[self.teacher addObserver:self forKeyPath:@"name" options:(NSKeyValueObservingOptionNew) context:teacherNameContext];

- (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary<NSKeyValueChangeKey,id> *)change context:(void *)context {
    if (context == wushuangNameContext) {
        NSLog(@"1. keyPath == %@  object = %@", keyPath, object);
    } else if (context == teacherNameContext) {
        NSLog(@"2. keyPath == %@  object = %@", keyPath, object);
    }
    NSLog(@" 🎈 change : %@ 🎈 ", change);
}

context和属性一一对应，这样就更简洁也更安全，也提高了判断的效率

2. 移除观察者

我们知道在iOS9之后KVO就不需要手动移除，所以往往不需要手动处理移除。但在官方文档中有这样一句话介绍KVO移除：
- 观察者在释放时不会自动移除自己，如果继续发送消息就会产生空指针异常。平时不移除观察者，是因为一般观察者在销毁时，被观察者也不存在了，所以不会出现异常
- 也就是说如果被观察者是一个单例，在观察者释放后，再重新添加该类的对象为观察者时就会产生异常。如图所示：
- 所以在使用时还是尽量手动移除观察者。

3. 手动触发KVO

我们常用的KVO是自动触发回调通知，也就是观察的属性值改变后，就会收到回调通知。在 KVO Compliance 中有介绍，触发回调是由automaticallyNotifiesObserversForKey方法确定，因为不去实现默认值是YES，也就是自动触发回调通知，如果设置成NO则就需要手动触发，需要在赋值前后设置相应的willChangeValueForKey:和didChangeValueForKey:方法。

下面进行案例验证案例验证：

// Wushuang.m
+ (BOOL)automaticallyNotifiesObserversForKey:(NSString *)key {
    if ([key isEqualToString:@"name"]) {
        return YES;
    } else if ([key isEqualToString:@"nickName"]) {
        return NO;
    }
    return YES;
}

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    self.ws.name = [NSString stringWithFormat:@"%@ +", self.ws.name];
    self.ws.nickName = [NSString stringWithFormat:@"%@ !", self.ws.nickName];
}

vc中观察了Wushuang的name和nickName属性，其中name设置成自动通知，nickName设置成手动通知，点击赋值结果如下：

结果只有name值的改变，回调中收到了通知。
在Wushuang.m中添加一些代码再尝试

- (void)setNickName:(NSString *)nickName {
    [self willChangeValueForKey:@"nickName"];
    _nickName = nickName;
    [self didChangeValueForKey:@"nickName"];
}

再次修改属性的值，就会收到nickName值改变的通知了：

截屏2021-11-25 11.23.06.png

4. 依赖多个Keys

在很多情况下，一个属性的值取决于另一个对象中的一个或多个其他属性的值。这个时候就需要用keyPathsForValuesAffectingValueForKey来设置依赖关系：

// Wushuang.h
@interface Wushuang : NSObject
@property (nonatomic, strong) NSString *food;
@property (nonatomic, strong) NSString *meat;
@property (nonatomic, strong) NSString *vegetable;
@end

// Wushuang.m
+ (NSSet<NSString *> *)keyPathsForValuesAffectingValueForKey:(NSString *)key {
    NSSet *keyPaths = [super keyPathsForValuesAffectingValueForKey:key];
    if ([key isEqualToString:@"food"]) {
        NSArray *affectingKeys = @[@"meat", @"vegetable"];
        keyPaths = [keyPaths setByAddingObjectsFromArray:affectingKeys];
    }
    return keyPaths;
}

- (NSString *)food {
    return [NSString stringWithFormat:@"%@ and %@", self.meat, self.vegetable];
}

// VC代码
[self.ws addObserver:self forKeyPath:@"food" options:NSKeyValueObservingOptionNew context:NULL];

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    self.ws.meat = @"beef";
    self.ws.vegetable = @"radish";
}

改变值输出结果如下：

截屏2021-11-25 14.44.35.png

5. 集合类型

对于集合类型的属性的观察就有些不一样了，在KVC的 Accessing Collection Properties 中有如下介绍：

对于集合对象的访问需要使用代理的相关方法，这样会相应的修改底层属性，进而触发KVO的回调。

以数组为例子，具体实现如下：

// Wushuang.m
@property (nonatomic, strong) NSMutableArray *dataArray;

// 添加监听
[self.ws addObserver:self forKeyPath:@"dataArray" options:NSKeyValueObservingOptionNew context:NULL];

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {

//    [self.ws.dataArray addObject:@"Tony Stark"]; // 没有作用

    [[self.ws mutableArrayValueForKey:@"dataArray"] addObject:@"Steve Rogers"];
}

在想数组里添加object时，以常规的方式访问数组是不会触发KVO通知的。需要使用mutableArrayValueForKey协议方法的方式访问到dataArray，再进行添加object。

原理分析

在KVO的文档最后对它的原理有一些介绍：
- 我们知道对象isa指向类，但当注册观察者时，被观察对象的isa指向了中间类，我们可以打印被观察对象在观察前后的isa来对比差异

产生中间类

打印在观察前后ws对象的内容：
- 在观察前对象的isa指向Wushuang，但观察后isa就指向了NSKVONotifying_Wushuang，这个中间类名字上也带有Wushuang，那么它和原来的类有什么关系呢？中间类又有哪些内容呢？对象的值改变后为什么会影响原类呢？下面我们去挨个分析

原类和中间类的关系

我们可以使用Runtime获取所以注册类的信息，然后筛选出类Wushuang的子类：

// 遍历类及其子类
- (void)printClasses:(Class)class {
    // 获取所以注册类数量
    int count = objc_getClassList(NULL, 0);
    // 创建一个数组， 其中包含给定对象
    NSMutableArray *mutArray = [NSMutableArray arrayWithObject:class];
    // 获取所有已注册的类
    Class *classes = (Class *)malloc(sizeof(class) * count);
  objc_getClassList(classes, count);
  
    for (int i = 0; i < count; i++) {
        if (class == class_getSuperclass(classes[i])) {
            [mutArray addObject:classes[i]];
        }
    }
    free(classes);
    NSLog(@" classes = %@ ", mutArray);
}

然后在添加观察前后查看与Wushuang类相匹配的信息：

截屏2021-11-25 17.39.50.png

其中的WSTeacher是Wushuang的子类，所以可以得出结论：
- 1. 中间类是被观察类的子类
- 1. 中间类没有其他子类

中间类有什么

现在知道了中间类的名字，那么我们可以使用Runtime方法打印出它的方法列表
```
- (void)printMethodesInClass: (Class)class {
    unsigned int count = 0;
    Method *methodList = class_copyMethodList(class, &count);
  
    for (int i = 0; i < count; i++) {
        Method method = methodList[i];
        SEL sel = method_getName(method);
        IMP imp = method_getImplementation(method);
      
        NSLog(@" 🎉 : %@ --- %p ", NSStringFromSelector(sel), imp);
    }
    free(methodList);
}
```
分别打印原类和中间类，输出如下：
- 原类里打印的是一些属性对应的setter和getter方法
- 中间类打印的是观察属性的setter方法，class，dealloc以及_isKVOA这四个：
  - _isKVOA：是一个辨识码，来判断这个类是不是因为KVO产生的动态子类
  - dealloc：判断它是否进行释放
  - class：是类的信息
  - setName：是要变化的属性的setter方法
- 实际上这四个方法都是重写父类的方法。

`isa`什么时候指回来

中间类中重写了dealloc，可以在移除观察者前后来观察isa信息：
- 从打印结果可以发现，在dealloc中移除观察者后，对象的isa就指回来了。

中间类什么时候销毁

那么当前页面销毁时，这个中间类也会销毁吗？下面来验证下：
- 通过几次打印对比发现：
  - 1. vc对象出栈后，因监听而产生的中间类依然在注册类中，并不会因为页面销毁而销毁
  - 1. 再次监听相同类时，并不会产生新的中间类

setter方法做了什么

我们知道中间类中有setter方法，那么它做了什么？监听的属性还是成员变量？可我们可以在类中定义一个成员变量来查看改变值后是有回调信息：
```
// Wushuang.h
@interface Wushuang : NSObject {
   @public
    NSString *hobby;
}
@property (nonatomic, strong) NSString *name;
@end

// VC
[self.ws addObserver:self forKeyPath:@"name" options:(NSKeyValueObservingOptionNew) context:NULL];
[self.ws addObserver:self forKeyPath:@"hobby" options:NSKeyValueObservingOptionNew context:NULL];

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    self.ws.name = [NSString stringWithFormat:@"%@ +", self.ws.name];
    self.ws->hobby = @"Swimming";
}
```
- 打印结果如下：
- 结果改变成员变量并不会触发监听通知，所以KVO在底层是通过setter方法来监听属性，要分析这个过程就需要借助LLDB的指令watchpoint set variable +变量，在添加观察前来设置内存断点，当变量的值发生改变就会触发断点，如下图：
堆栈信息反应了在属性值变化后，底层调用了下面几个函数：
- 1. Foundation _NSSetObjectValueAndNotify
  - 结合堆栈和汇编可以得出该方法里会调用willChangeValueForKey和didChangeValueForKey方法：
- 1. Foundation -[NSObject(NSKeyValueObservingPrivate) _changeValueForKey:key:key:usingBlock:]
- 1. Foundation -[NSObject(NSKeyValueObservingPrivate) _changeValueForKeys:count:maybeOldValuesDict:maybeNewValuesDict:usingBlock:]
这三个函数执行完后最终就会执行-(void)observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:方法

流程总结

在添加观察时，runtime会产生一个中间类：
- 1. 中间类继承于原类
- 1. 中间类会重写被观察key的setter方法，
- 1. 对象的isa从指向元类，变成指向中间类
当对属性赋值时,对象会根据isa找到中间类对应的setter方法，然后在willChangeValueForKey和didChangeValueForKey方法之间进行赋值，进而触发-(void)observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:方法。
当在dealloc中移除通知后，isa会重新指向原来的类，相关实例变量的值不变。dealloc后中间类并不会释放，依然在注册类中。

观察前后，以及赋值流程图如下：截屏2021-11-26 14.55.16.png

iOS底层-KVO原理