KVO詳解及底層實(shí)現(xiàn)

什么是KVO??

KVO就是NSKeyValueObserving，請(qǐng)看官方文檔的解釋：

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大概翻譯如下：

一種非正式協(xié)議，通知其他對(duì)象的指定屬性發(fā)生了改變。

簡(jiǎn)單理解就是，可以監(jiān)聽一個(gè)對(duì)象的某個(gè)屬性是否發(fā)生改變。

那么問題來了，什么是非正式協(xié)議？？有正式協(xié)議嗎？？

麻蛋，本來想找官方文檔的，找了半天沒找到。從Stackoverflow找到了答案，貌似原來官方文檔的鏈接失效了

image

大概翻譯如下：

非正式協(xié)議：非正式協(xié)議是NSObject的一個(gè)類別Category，幾乎所有的對(duì)象都隱含的采用（類別是OC的語(yǔ)言特性，能夠給類對(duì)象添加方法而不需要?jiǎng)?chuàng)建子類），非正式協(xié)議的方法是可選的

正式協(xié)議： 一個(gè)正式協(xié)議聲明了類需要實(shí)現(xiàn)的方法列表，正式協(xié)議有自己的聲明、采用和類型檢查語(yǔ)法。你可以使用@required或者optional關(guān)鍵字指定方法是否必須實(shí)現(xiàn)。子類繼承父類采用的協(xié)議。正式協(xié)議也可以遵守其他協(xié)議

KVO實(shí)現(xiàn)

  • 監(jiān)聽某個(gè)對(duì)象的某個(gè)屬性
- (void)addObserver:(NSObject *)observer forKeyPath:(NSString *)keyPath options:(NSKeyValueObservingOptions)options context:(nullable void *)context;
  • 實(shí)現(xiàn)非正式協(xié)議
- (void)observeValueForKeyPath:(nullable NSString *)keyPath ofObject:(nullable id)object change:(nullable NSDictionary<NSKeyValueChangeKey, id> *)change context:(nullable void *)context;
  • 移除監(jiān)聽
- (void)removeObserver:(NSObject *)observer forKeyPath:(NSString *)keyPath;

簡(jiǎn)單代碼演示：

- (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"];
}

打印結(jié)果：


image

用法其實(shí)很簡(jiǎn)單，接下來重點(diǎn)來了，KVO為什么能夠監(jiān)聽到屬性變化，底層做了什么？？

KVO底層實(shí)現(xiàn)探究

首先，我們利用runtime在添加監(jiān)聽之前和之后分別打印一下類對(duì)象

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

打印結(jié)果：

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

我們發(fā)現(xiàn)添加監(jiān)聽之后，實(shí)例對(duì)象的類對(duì)象發(fā)生了變化，系統(tǒng)為我們動(dòng)態(tài)添加了一個(gè)NSKVONotifying_+類名的類，因?yàn)槲覀兏淖儗?duì)象屬性的值是通過setter方法實(shí)現(xiàn)了，所以很明顯是系統(tǒng)動(dòng)態(tài)生成的NSKVONotifying_ZJPerson類重寫了setter方法。不信的話，我們可以做一個(gè)實(shí)驗(yàn)，自己手動(dòng)添加一個(gè)NSKVONotifying_ZJPerson類，看下會(huì)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

錯(cuò)誤提示很明顯，告訴我們創(chuàng)建NSKVONotifying_ZJPerson類失敗，KVO失效

那么系統(tǒng)自動(dòng)創(chuàng)建重寫的的setter方法內(nèi)部做了什么呢？？同樣在添加監(jiān)聽方法之前，利用runtime打印下方法的實(shí)現(xiàn),截圖如下：

image

發(fā)現(xiàn)方法實(shí)現(xiàn)變了，內(nèi)部調(diào)用了系統(tǒng)Foundation框架下的_NSSetObjectValueAndNotify方法。那么這個(gè)框架內(nèi)部又是怎么實(shí)現(xiàn)的呢，我們可以下斷點(diǎn)，查看下函數(shù)調(diào)用棧：

首先通過設(shè)置一個(gè)觀察點(diǎn)，觀察屬性的變化：


image

繼續(xù)執(zhí)行，可以看到函數(shù)調(diào)用棧如下：


image

在結(jié)果發(fā)生改變的地方繼續(xù)下斷點(diǎn)調(diào)試：


image
image

由以上函數(shù)調(diào)用棧，我們大致可以猜測(cè)出，_NSSetObjectValueAndNotify函數(shù)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)過程如下：

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

簡(jiǎn)化成OC的偽代碼大致如下：

- (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內(nèi)部都重寫了哪些方法

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);
}

打印結(jié)果：

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

簡(jiǎn)單分析下重寫這些方法的作用：

class：重寫這個(gè)方法，是為了偽裝蘋果自動(dòng)為我們生成的中間類。
dealloc：應(yīng)該是處理對(duì)象銷毀之前的一些收尾工作
_isKVOA：告訴系統(tǒng)使用了kvo

拓展

學(xué)任何東西，通過我們的思考一定會(huì)問出一些別的問題，通過深入了解kvo，下面兩個(gè)問題，是面試經(jīng)常會(huì)被問到的，也是我所能想到的：

  • 如何動(dòng)態(tài)生成一個(gè)類？？
  • 知道了原理，能不能自己寫一個(gè)KVO？？

動(dòng)態(tài)生成一個(gè)自己的類

既然是動(dòng)態(tài)生成，肯定是利用了蘋果的runtime機(jī)制，通過上面對(duì)KVO的學(xué)習(xí)，也了解到了runtime的強(qiáng)大之處。

  • 創(chuàng)建類
Class customClass = objc_allocateClassPair([NSObject class], "ZJCustomClass", 0);
  • 添加實(shí)例變量
// 添加實(shí)例變量
    class_addIvar(customClass, "age", sizeof(int), 0, "i");

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

需要實(shí)現(xiàn)方法：

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

- (void)hahahha{

}
  • 注冊(cè)到運(yùn)行時(shí)環(huán)境
objc_registerClassPair(customClass);
打印方法列表和成員變量列表，查看是否創(chuàng)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)];  //獲取成員變量的名字
        
        NSString *ivarType = [NSString stringWithUTF8String:ivar_getTypeEncoding(ivar)]; //獲取成員變量的數(shù)據(jù)類型
        
        [ivarStrs appendString:@"\n"];
        [ivarStrs appendString:ivarName];
        [ivarStrs appendString:@"-"];
        [ivarStrs appendString:ivarType];
        
    }
    
    free(ivars);
    
    return ivarStrs;
}

調(diào)用方法可看到創(chuàng)建成功：

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

動(dòng)態(tài)創(chuàng)建類大致就這些步驟。。。

自己動(dòng)手寫一個(gè)KVO

KVO底層實(shí)現(xiàn)還是很復(fù)雜的，下面我只是簡(jiǎn)單的寫下實(shí)現(xiàn)過程：

  • 因?yàn)樗且粋€(gè)非正式協(xié)議，給NSObject新建一個(gè)Category，NSObject+kvo.h,添加監(jiān)聽方法：

.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{
    //動(dòng)態(tài)添加一個(gè)類
    NSString *originClassName = NSStringFromClass([self class]);
    
    NSString *newClassName = [@"ZJKVO_" stringByAppendingString:originClassName];
    
    const char *newName = [newClassName UTF8String];
    
    // 繼承自當(dāng)前類，創(chuàng)建一個(gè)子類
    Class kvoClass = objc_allocateClassPair([self class], newName, 0);
    
    // 添加setter方法
    class_addMethod(kvoClass, @selector(setName:), (IMP)setName, "v@:@");
    
    //注冊(cè)新添加的這個(gè)類
    objc_registerClassPair(kvoClass);
    
    // 修改isa指針，由ZJPerson指向ZJKVO_Person
    object_setClass(self, kvoClass);
    
    // 保存觀察者屬性到當(dāng)前類中
    objc_setAssociatedObject(self, (__bridge const void *)@"observer", observer, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}

#pragma mark - 重寫父類方法

void setName(id self, SEL _cmd, NSString *name) {
    
    // 保存當(dāng)前KVO的類
    Class kvoClass = [self class];
    
    // 將self的isa指針指向父類ZJPerson，調(diào)用父類setter方法
    object_setClass(self, class_getSuperclass([self class]));
    
    // 調(diào)用父類setter方法，重新復(fù)制
    objc_msgSend(self, @selector(setName:), name);
    
    // 取出ZJKVO_Person觀察者
    id objc = objc_getAssociatedObject(self, (__bridge const void *)@"observer");

    // 通知觀察者，執(zhí)行通知方法
    objc_msgSend(objc, @selector(observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:), name, self, nil, name);
    
    // 重新修改為ZJKVO_Person類
    object_setClass(self, kvoClass);
}

注意一
要修改下xcode中的一個(gè)配置，將它改為NO，否則會(huì)報(bào)參數(shù)太多的錯(cuò)誤：

image

注意二

解釋下代碼中v@:@的意思：

  • 第一個(gè)v表示方法返回值void
  • 第二三個(gè)@:一般是一塊的，因?yàn)楹瘮?shù)至少有兩個(gè)參數(shù)self和_cmd，一般是固定寫法
  • 最后一個(gè)@表示參數(shù)類型，是一個(gè)對(duì)象

下面在代碼中實(shí)驗(yàn)，看下我們自己寫的kvo有沒有執(zhí)行：

修改添加監(jiān)聽者的方法，改成我們自己的

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

看下回調(diào)中的打?。?/p>

image

發(fā)現(xiàn)確實(shí)監(jiān)聽到了。。。

代碼地址

總結(jié)

kvo用法其實(shí)非常簡(jiǎn)單，但是深入了解，深入思考的話，知識(shí)點(diǎn)非常多?；艘惶於嗟臅r(shí)間，期間查閱了很多文檔（發(fā)現(xiàn)官方文檔真的是非常有用），總算是寫完了，對(duì)KVO有了一個(gè)更深入的認(rèn)識(shí)和理解。今天是520，感謝女朋友的理解，終于可以陪她出去玩了，哈哈。。。

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