iOS底层原理-KVO本质分析和验证

MYStrict
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KVO全称为Key Value Observing，键值监听机制，由NSKeyValueObserving协议提供支持，NSObject类继承了该协议，所以NSObject的子类都可使用该方法。

一、KVO使用步骤

1、注册观察者（为被观察者指定观察者以及被观察的属性）

创建一个YMPerson对象，有一个age属性，为age属性添加KVO监听

self.person1 = [[YMPerson alloc] init];
self.person1.age = 10;
/* 
options: 有4个值，分别是：
NSKeyValueObservingOptionOld 把更改之前的值提供给处理方法 
NSKeyValueObservingOptionNew 把更改之后的值提供给处理方法 
NSKeyValueObservingOptionInitial 把初始化的值提供给处理方法，一旦注册，立马就会调用一次。通常它会带有新值，而不会带有旧值。 
NSKeyValueObservingOptionPrior 分2次调用。在值改变之前和值改变之后。 
 */
//注册一个监听器用于监听指定的key路径
[self.person addObserver:self forKeyPath:@"age" options:options context:@"context-age"];

⚠️：context参数值，对应回调方法里面的context

用途：如果在一个控制器中监听了多个属性的变化，而且每一个属性的变化之后对应的事件处理是不一样的，可以在注册观察者时通过context参数来区分判断

2、实现回调方法

// 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);
}

3、修改需要监听的属性值，查看是否监听成功

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event{
    self.person1.age = 11;
}

4、注销观察者

[self.person1 removeObserver:self forKeyPath:@"age"];

二、KVO实现监听过程分析

疑问：在注册观察者之后，修改观察对象属性的值，就会走回调方法 上述过程 KVO是怎么实现的呢？

1、setAge方法修改属性

通过OC的消息机制知道：

调用 self.person1.age = 11; --> [self.person setAge:10] --> objc_msgsend(person,@selector(setAge)）

控制台分别打印person1和person2的isa指针指向：

image.png image.png

通过iOS底层原理-对象的本质和分类知道： 没有添加KVO监听实例对象self.person2.isa指针指向的是YMPerson的类对象； 使用了KVO监听的对象self.person1.isa指针指向的是NSKVONotifying_YMPerson的类对象，这个类其实就是YMPerson的一个子类，是Runtime动态创建的 新创建的NSKVONotifying_YMPerson继承于YMPerson，并且重写了setAge和class方法

代码模拟实现过程：

@implementation YMPerson

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

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    self.person1.age = 11;
}

打印结果：

image.png

2、验证

1）NSKVONotifying_YMPerson

self.person1 = [[YMPerson alloc] init];
self.person1.age = 10;

self.person2 = [[YMPerson alloc] init];
self.person2.age = 20;

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

// 给person1对象添加KVO监听
// runtime动态创建一个类 NSKVONotifying_YMPerson
NSKeyValueObservingOptions options = NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld;
[self.person1 addObserver:self forKeyPath:@"age" options:options context:@"context-age"];

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

打印结果：

image.png

2）继承自YMPerson，重写了class方法

代码验证：

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    self.person1.age = 11;
    self.person2.age = 22;

    //这里调用class方法 返回的都是YMPerson类对象
    NSLog(@"【instance class方法】 - %@ - %@",[_person1 class],[_person2 class]);
    //获取类对象
    Class personClass = object_getClass(self.person1);
    //通过类对象获取父类
    Class personClassFather = class_getSuperclass(personClass);
    NSLog(@"类对象：%@ -- 父类：%@",personClass, personClassFather);
}

打印结果：

image.png

⚠️注意：这里不能用[YMPerson class]方法

因为 NSKVONotifying_YMPerson 重写了class方法，[YMPerson class]返回的并不是原对象而是原对象的父类也就是YMPerson类
如果没有重写的话，返回的YMPerson的isa指针指向的类应该是NSKVONotifying_YMPerson，
但是苹果官方不希望将NSKVONotifyin_YMPerson类的内部实现暴露出来，所以在内部重写了class方法，直接返回YMPerson类，所以我们在调用person的class方法时，返回的是Person类。

3）重写了setAge方法

从底层源码分析可知，NSKVONotifyin_Person中的setAge方法中其实调用了Foundation框架中C语言函数_NSSetIntValueAndNotify，而_NSSetIntValueAndNotify内部做的操作相当于，首先调用willChangeValueForKey方法，之后调用父类的setAge方法对成员变量赋值，最后调用didChangeValueForKey方法。其中didChangeValueForKey中会调用监听器的监听方法，最终来到监听者的observeValueForKeyPath方法。

代码验证：

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

    // 给person1对象添加KVO监听
    // runtime动态创建一个类 NSKVONotifying_YMPerson
    NSKeyValueObservingOptions options = NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld;
    [self.person1 addObserver:self forKeyPath:@"age" options:options context:@"context-age"];

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

打印结果：

image.png

4）NSKVONotifyin_Person的内部结构

NSKVONotifyin_YMPerson作为YMPerson的子类，其superclass指针指向YMPerson类，并且NSKVONotifyin_YMPerson内部的setAge方法做了单独的实现。我们可以通过runtime的方法去分别打印person1和person2两个对象和NSKVONotifyin_YMPerson类对象内存储的对象方法：

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    self.view.backgroundColor = [UIColor brownColor];
    self.person1 = [[YMPerson alloc] init];
    self.person1.age = 10;
    self.person2 = [[YMPerson alloc] init];
    self.person2.age = 20;
    // 给person1对象添加KVO监听
    // runtime动态创建一个类 NSKVONotifying_YMPerson
    NSKeyValueObservingOptions options = NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld;
    [self.person1 addObserver:self forKeyPath:@"age" options:options context:@"context-age"];  

    Class personClass1 = object_getClass(**self**.person1);
    Class personClass2 = object_getClass(**self**.person2);
    [self printMethodNamesOfClass:personClass1];
    [self printMethodNamesOfClass:personClass2];
}
- (**void**)printMethodNamesOfClass:(Class)cls {
    unsigned int count;
    // 获得方法数据
    Method *methodList = class_copyMethodList(cls, &count);
    //存储方法名
    NSMutableString *methodNames = [NSMutableString string];

    //遍历所有方法
    for (int i=0; i<count; i++) {
        //获得方法
        Method mtd = methodList[i];

        //获得方法名
        NSString *mtdName = NSStringFromSelector(method_getName(mtd));

        //拼接方法名
        [methodNames appendString:mtdName];
        [methodNames appendString:@", "];
    }

    //释放
    free(methodList);
    
    //打印方法名
    NSLog(@"%@: %@",cls,methodNames);

}

打印结果：

image.png

三、答疑解惑

  • 1、NSKVONotifying_YMPerson的isa指向和YMPerson的class对象里的isa指针指向是否相同？

    答：指向各自的元类对象meta-class

  • 2、手动创建NSKVONotifying_YMPerson类后，运行后，KVO运行报错：[general] KVO failed to allocate class pair for name NSKVONotifying_YMPerson, automatic key-value observing will not work for this class

    答：手动创建的类和运行时runtime动态创建的类冲突；可以删除或者取消勾选不参加编译

  • 3、NSKVONotifying_Person怎么重写了setAge方法以实现触发回调？ 答：NSKVONotifyin_YMPerson中的setAge方法中其实调用了Fundation框架中C语言函数_NSsetIntValueAndNotify，而_NSsetIntValueAndNotify内部做的操作相当于，首先调用willChangeValueForKey方法，之后调用父类的setAge方法对成员变量赋值，最后调用didChangeValueForKey方法。其中didChangeValueForKey中会调用监听器的监听方法，最终来到监听者的observeValueForKeyPath方法。

  • 4、NSKVONotifyin_Person的内部结构是怎样的？

    答：NSKVONotifying_YMPerson的内存结构及方法调用顺序

image.png

四、总结

1、KVO的本质是什么？

  • 利用RuntimeAPI动态生成一个子类NSKVONotifying_A，并且让A的instance对象的isa指针指向这个全新的子类
  • 当修改instance对象的属性时，会调用Foundation框架的_NSSetXXXCValueAndNotify函数：
    1). willChangeValueForKey
    2). 父类原来的setter方法
    3). didChangeValueForKey
    4).内部会触发监听器observe的监听方法observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:

当我们给对象注册一个观察者添加了KVO监听时，系统会修改这个对象的isa指针指向。
在运行时，Runtime动态创建一个新的子类，NSKVONotifying_A类，将A的isa指针指向这个子类，来重写原来类的set方法;
set方法实现内部会顺序调用willChangeValueForKey方法、原来的setter方法实现、didChangeValueForKey方法，而didChangeValueForKey方法内部又会调用监听器的observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:监听方法。

2、如何手动触发KVO？

手动调用willChangeValueForKey和didChangeValueForKey方法。

3、直接修改成员变量是否会触发KVO？

不会触发。因为KVO的本质是在调用对象的setter方法时，可以添加willChangeValueForKey和didChangeValueForKey实现手动触发

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    [self.person1 willChangeValueForKey:@"height"];
    self.person1->_height = 85;
    [self.person1 didChangeValueForKey:@"height"];
}

KVO本质分析Demo 密码: mdkb

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