KVC、KVO的本質(zhì)

這篇文章介紹KVC、KVO的本質(zhì)。如果你對(duì)KVC、KVO不了解，推薦先查看其用法：KVC和KVO學(xué)習(xí)筆記。

1. KVO的本質(zhì)

KVO 是 Key Value Observing 的縮寫，稱為健值觀察。用于監(jiān)聽對(duì)象屬性值的改變。

1.1 KVO的實(shí)現(xiàn)

觀察者模式使用示例如下：

@interface ViewController ()
@property (nonatomic, strong) Child *child1;
@property (nonatomic, strong) Child *child2;
@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    self.child1 = [[Child alloc] init];
    self.child1.age = 1;
    
    self.child2 = [[Child alloc] init];
    self.child2.age = 2;
    
    // 添加觀察者
    [self.child1 addObserver:self
                  forKeyPath:@"age"
                     options:NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld
                     context:@"123context"];
}

// 觀察到鍵值發(fā)生改變
- (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary *)change context:(void *)context {
    NSLog(@"監(jiān)聽到 %@ 的 %@ 屬性值發(fā)生改變 - %@ - %@", object, keyPath, change, context);
}

- (void)dealloc {
    // 移除觀察者
    [self.child1 removeObserver:self
                     forKeyPath:@"age"];
}
@end

1.2 runtime動(dòng)態(tài)創(chuàng)建NSKVONotifying_XXX類

通過(guò)上述代碼可以看到，age屬性發(fā)生改變后，會(huì)通知監(jiān)聽者，即觸發(fā)observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:方法。我們知道賦值操作是通過(guò)調(diào)用set方法實(shí)現(xiàn)，進(jìn)入Child類，重寫setAge:方法，查看KVO是否通過(guò)修改set方法實(shí)現(xiàn)。

@implementation Child
- (void)setAge:(int)age {
    _age = age;
    
    NSLog(@"KVO是否通過(guò)重寫setAge:方法實(shí)現(xiàn)？age:%d", age);
}
@end

測(cè)試后發(fā)現(xiàn)，修改child1和child2都會(huì)觸發(fā)setAge:方法，但child1會(huì)額外觸發(fā)KVO。說(shuō)明KVO在運(yùn)行時(shí)對(duì)child1進(jìn)行了修改，使得child1在調(diào)用setAge:時(shí)，進(jìn)行了額外的操作。

根據(jù) runtime 的原理，向?qū)嵗龑?duì)象發(fā)送消息時(shí)，先根據(jù)實(shí)例對(duì)象的 isa 查找到類對(duì)象，在類對(duì)象的方法列表中查找方法實(shí)現(xiàn)。因此，可以查看child1和child2是否指向同一個(gè)類對(duì)象：

    // 打印添加觀察者前實(shí)例對(duì)象的isa
    NSLog(@"添加Observer前 child1: %@ - child2: %@", object_getClass(self.child1), object_getClass(self.child2));
    
    // 添加觀察者
    [self.child1 addObserver:self
                  forKeyPath:@"age"
                     options:NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld
                     context:@"123context"];
    
    // 打印添加觀察者后實(shí)例對(duì)象的isa
    NSLog(@"添加Observer后 child1: %@ - child2: %@", object_getClass(self.child1), object_getClass(self.child2));

打印結(jié)果如下：

添加Observer前 child1: Child - child2: Child
添加Observer后 child1: NSKVONotifying_Child - child2: Child

如果你對(duì) runtime、isa不了解，可以查看我的另一篇文章：Runtime從入門到進(jìn)階一。

child1添加觀察者后，isa指針由之前的指向Child，變?yōu)榱?code>NSKVONotifying_Child，而child2實(shí)例對(duì)象 isa 的指向沒有發(fā)生改變。

添加觀察者之前，child1實(shí)例在內(nèi)存中的結(jié)構(gòu)如下：

KVO&KVCBeforeAddObserver.png

添加觀察者后，child1對(duì)象的isa指針指向了NSKVONotifying_Child類。NSKVONotifying_Child的superclass指針指向Child類。

NSKVONotifying_Child的setAge:方法調(diào)用了_NSSetIntValueAndNotify函數(shù)，該函數(shù)依次執(zhí)行以下三步：

  1. 先調(diào)用willChangeValueForKey:
  2. 后調(diào)用[super setAge:]
  3. 最后調(diào)用didChangeValueForKey:觸發(fā)監(jiān)聽

下面打印添加觀察者前后setAge:方法實(shí)現(xiàn)的變化：

    NSLog(@"添加Observer前 child1: %p - child2: %p", [self.child1 methodForSelector:@selector(setAge:)], [self.child2 methodForSelector:@selector(setAge:)]);
    
    // 添加觀察者
    ...
    
    NSLog(@"添加Observer后 child1: %p - child2: %p", [self.child1 methodForSelector:@selector(setAge:)], [self.child2 methodForSelector:@selector(setAge:)]);

控制臺(tái)輸出如下：

添加Observer前 child1: 0x10b247190 - child2: 0x10b247190
添加Observer后 child1: 0x7fff207bb2b7 - child2: 0x10b247190

可以看到，添加觀察者后，child1的setAge:地址發(fā)生了變化，child2的setAge:地址沒有發(fā)生變化。繼續(xù)打印其具體實(shí)現(xiàn)：

(lldb) p (IMP)0x10b247190
(IMP) $0 = 0x000000010b247190 (KVC&KVO的本質(zhì)`-[Child setAge:] at Child.m:12)
(lldb) p (IMP)0x7fff207bb2b7
(IMP) $1 = 0x00007fff207bb2b7 (Foundation`_NSSetIntValueAndNotify)

可以看到，添加觀察者后，child1的setAge:方法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換成了C語(yǔ)言Foundation框架中的_NSSetIntValueAndNotify函數(shù)。如果setAge:參數(shù)類型是double，其會(huì)自動(dòng)調(diào)用_NSSetDoubleValueAndNotify函數(shù)，也就是會(huì)根據(jù)類型自動(dòng)轉(zhuǎn)換。

1.3 NSKVONotifying_Child具體實(shí)現(xiàn)

NSKVONotifying_Child繼承自Child，NSKVONotifying_Child內(nèi)部重寫了setAge:方法，通過(guò) runtime 的class_copyMethodList()函數(shù)可以查看對(duì)象的方法列表：

如下所示：

- (void)printMethodList:(Class)cls {
    unsigned int methodCount;
    // 獲取方法數(shù)組
    Method *methodList = class_copyMethodList(cls, &methodCount);
    
    NSMutableString *name = [NSMutableString string];
    for (int i=0; i<methodCount; ++i) {
        // 獲得方法
        Method method = methodList[I];
        // 獲得方法名
        NSString *methodName = NSStringFromSelector(method_getName(method));
        
        [name appendString:methodName];
        [name appendString:@", "];
    }
    
    // C語(yǔ)言中使用copy、create創(chuàng)建的對(duì)象需釋放。
    free(methodList);
    NSLog(@"%@ %@", cls, name);
}

添加觀察者后，分別打印child1、child2：

NSKVONotifying_Child setAge:, class, dealloc, _isKVOA,
Child setAge:, age,

可以看到，NSKVONotifying_Child對(duì)象有四個(gè)方法，分別為

  • setAge:：觸發(fā)觀察者的具體邏輯。
  • class：重寫class方法，直接返回父類名稱。這樣可以屏蔽KVO內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，隱藏NSKVONOtifying_Child類的存在。
  • dealloc：釋放時(shí)進(jìn)行收尾工作。
  • _isKVOA：當(dāng)前類是否是添加KVO后系統(tǒng)使用runtime創(chuàng)建的。

添加觀察者之后，child1實(shí)例在內(nèi)存中的結(jié)構(gòu)如下：

KVO&KVCNSKVONotifying_XXX.png

另外，還可以手動(dòng)創(chuàng)建名稱為NSKVONotifying_Child、繼承自Child的類。添加后，注冊(cè)觀察者時(shí)會(huì)報(bào)以下錯(cuò)誤：

[general] KVO failed to allocate class pair for name NSKVONotifying_Child, automatic key-value observing will not work for this class

這也從側(cè)面證明了runtime會(huì)動(dòng)態(tài)創(chuàng)建NSKVONOtifying_Child類。

1.4 驗(yàn)證didChangeValueForKey:內(nèi)部會(huì)調(diào)用observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:方法

在Child類中重寫willChangeValueForKey:、didChangeValueForKey:，查看哪一步調(diào)用observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:方法：

- (void)setAge:(int)age {
    NSLog(@"begin - setAge:%d", age);
    _age = age;
    NSLog(@"end - setAge:%d", age);
}

- (void)willChangeValueForKey:(NSString *)key {
    NSLog(@"willChangeValueForKey: - begin");
    [super willChangeValueForKey:key];
    NSLog(@"willChangeValueForKey: - end");
}

// 驗(yàn)證didChangeValueForKey:調(diào)用了KVO
- (void)didChangeValueForKey:(NSString *)key {
    NSLog(@"didChangeValueForKey: - begin");
    [super didChangeValueForKey:key];
    NSLog(@"didChangeValueForKey: - end");
}

控制臺(tái)輸出如下：

begin - setAge:11
end - setAge:11
didChangeValueForKey: - begin
監(jiān)聽到 <Child: 0x600000168250> 的 age 屬性值發(fā)生改變 - {
    kind = 1;
    new = 11;
    old = 1;
} - 123context
didChangeValueForKey: - end

可以看到，didChangeValueForKey:方法內(nèi)部調(diào)用了observer的observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:方法。

如果沒有實(shí)現(xiàn)willChangeValueForKey:，只調(diào)用didChangeValueForKey:，其并不會(huì)調(diào)用observer的observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:方法。

1.5 KVO 面試題

1.5.1 iOS 使用什么方式實(shí)現(xiàn)對(duì)一個(gè)對(duì)象的kvo？即KVO的本質(zhì)是什么。

KVO是利用runtime API 動(dòng)態(tài)生成一個(gè)子類，并且讓 instance 對(duì)象的isa指向這個(gè)全新的子類，該子類的superclass指針指向原來(lái)的類。

當(dāng)修改instance對(duì)象的屬性時(shí)，會(huì)調(diào)用Foundation的_NSSetXXValueAndNotify函數(shù)。其內(nèi)部會(huì)依次執(zhí)行以下方法：

  1. 調(diào)用willChangeValueForKey:
  2. 調(diào)用父類的 setter。
  3. 調(diào)用didChangeValueForKey:，該方法內(nèi)部會(huì)觸發(fā)監(jiān)聽器的observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:。
1.5.2 如何手動(dòng)觸發(fā)KVO？

手動(dòng)調(diào)用willChangeValueForKey:和didChangeValueForKey:。

1.5.3 直接修改成員變量會(huì)觸發(fā)KVO嗎？

由于 runtime 是通過(guò)創(chuàng)建子類，重寫setter方法實(shí)現(xiàn)的監(jiān)聽值改變，直接修改成員變量并不會(huì)調(diào)用setter方法。因此，直接修改成員變量不會(huì)觸發(fā)KVO。

2. KVC的本質(zhì)

KVC 是 Key Value Coding 的縮寫，稱為健值編碼。

2.1 設(shè)值原理setValue:forKey:

KVC設(shè)值方法有以下兩個(gè)API：

- (void)setValue:(id)value forKeyPath:(NSString *)keyPath;
- (void)setValue:(id)value forKey:(NSString *)key;

setValue:forKey:原理如下圖所示：

KVO&KVCsetValue.png

setValue:forKey:原理如下：

  • 先查找setKey:、_setKey:方法，如果找到了，直接傳遞參數(shù)，調(diào)用方法；如果找不到，進(jìn)入下一步。
  • 查看accessInstanceVariableDirectly方法返回值，如果返回NO，即不允許訪問(wèn)成員變量，則調(diào)用setValue:forUndefinedKey:方法，并拋出NSUnknownKeyException異常；如果返回YES，進(jìn)入下一步。
  • 按照_key、_isKey、key、isKey順序查找成員變量，如果找到了成員變量，直接賦值。如果找不到，則調(diào)用setValue:forUndefinedKey:方法，并拋出NSUnknownKeyException異常。
2.1.1 有set方法

有set方法時(shí)，直接調(diào)用set方法：

@interface Person : NSObject
@property (nonatomic, assign) int age;
@end

@implementation Person
- (void)setAge:(int)age {
    _age = age;
    NSLog(@"%s %d", __PRETTY_FUNCTION__, age);
}
@end

執(zhí)行后，控制臺(tái)輸出如下：

-[Person setAge:] 10
-[Observer observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:] - {
    kind = 1;
    new = 10;
    old = 0;
}

可以看到，KVC先調(diào)用了set方法，然后觸發(fā)了KVO。

如果將屬性設(shè)置為readonly，在其他類中將不能通過(guò)訪問(wèn)器方法修改屬性值，但可以使用KVC修改。這是因?yàn)樵O(shè)置為readonly后，雖然不會(huì)生成set方法，但會(huì)生成_key成員變量。此時(shí)，KVC直接為_key賦值，具體原理可以查看后面部分內(nèi)容。

KVO&KVCreadonly.png
2.1.2 沒有set方法

沒有set方法時(shí)，會(huì)先查看accessInstanceVariableDirectly方法返回值，如果返回NO，則調(diào)用setValue:forUndefinedKey:方法，并拋出NSUnknownKeyException異常；如果返回YES，則按照_key、_isKey、key、isKey順序查找成員變量。如果找到了成員變量，直接賦值；如果找不到，則調(diào)用setValue:forUndefinedKey:方法，并拋出NSUnknownKeyException異常。

添加以下成員變量，并移除屬性：

{
    @public
    // 如果沒有set方法，按照下面順序查找。
    int _age;
    int _isAge;
    int age;
    int isAge;
}

使用setValue:forKey:設(shè)置成員變量值后，會(huì)按順序查找上述成員變量，找到后直接賦值。其順序是固定的，與聲明成員變量的先后次序無(wú)關(guān)。

KVO&KVC_key.png

2.2 KVC 內(nèi)部實(shí)現(xiàn)willChangeValueForKey: 和didChangeValueForKey:方法

在Person類添加以下代碼：

- (void)willChangeValueForKey:(NSString *)key {
    [super willChangeValueForKey:key];
    
    NSLog(@"%s %@", __PRETTY_FUNCTION__, key);
}

- (void)didChangeValueForKey:(NSString *)key {
    NSLog(@"%s - begin - %@", __PRETTY_FUNCTION__, key);
    
    [super didChangeValueForKey:key];
    
    NSLog(@"%s - end - %@", __PRETTY_FUNCTION__, key);
}

再次為age設(shè)值，控制臺(tái)輸出如下：

-[Person willChangeValueForKey:] age
-[Person didChangeValueForKey:] - begin - age
- {
    kind = 1;
    new = 10;
    old = 0;
}
-[Person didChangeValueForKey:] - end - age

與KVO類似，其內(nèi)部也實(shí)現(xiàn)了willChangeValueForKey:和didChangeValueForKey:方法，并且是在didChangeValueForKey:后觸發(fā)觀察者的observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:方法。

2.3 取值原理valueForKey:

KVC取值方法有以下兩個(gè)API：

- (id)valueForKeyPath:(NSString *)keyPath;
- (id)valueForKey:(NSString *)key;

valueForKey:原理如下圖所示：

KVO&KVCValueForKey.png

valueForKey:原理如下：

  • 按照getKey:、key、isKey、_key順序查找方法，找到后直接調(diào)用方法；如果找不到，則進(jìn)入下一步。
  • 查看accessInstanceVariableDirectly方法返回值，如果返回NO，則調(diào)用setValue:forUndefinedKey:方法，并拋出NSUnknownKeyException異常；如果返回YES，則進(jìn)入下一步。
  • 按照_key、_isKey、key、isKey順序查找成員變量。如果找到了，直接取值；如果找不到，則調(diào)用setValue:forUndefinedKey:方法，并拋出NSUnknownKeyException異常。

在Person類中，添加以下方法：

- (int)getAge {
    return 22;
}

使用以下方法取值：

NSLog(@"age: %@", [self.person valueForKey:@"age"]);

可以看到其取出的是getAge的值。你可以自行添加age、isAge、_age、_isAge方法，驗(yàn)證其取值順序。

2.4 KVC面試題

2.4.1 通過(guò)KVC修改屬性會(huì)觸發(fā)KVO嗎？

會(huì)觸發(fā)。其內(nèi)部調(diào)用了willChangeValueForKey:、didChangeValueForKey:，并在調(diào)用didChangeValueForKey:方法后觸發(fā)觀察者的observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:方法。

2.4.2 KVC取值、賦值過(guò)程是怎么樣的？原理是什么？

取值、賦值過(guò)程和原理即為上面兩個(gè)圖片內(nèi)容。

Demo名稱：KVC&KVO的本質(zhì)
源碼地址：https://github.com/pro648/BasicDemos-iOS/tree/master/KVC&KVO的本質(zhì)

歡迎更多指正：https://github.com/pro648/tips

本文地址：https://github.com/pro648/tips/blob/master/sources/KVC、KVO的本質(zhì).md

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