KVO实现原理

KVO大多都用过，但是之前并没有研究过其实原理。闲来无事，学习学习一波。怎么用就不写了，大体就一下三个方法，看一下就行。

添加观察者和被观察者,和需要观察的属性
- (void)addObserver:(NSObject *)observer forKeyPath:(NSString *)keyPath options:(NSKeyValueObservingOptions)options context:(nullable void *)context;
接收被观察者的属性变化通知
- (void)observeValueForKeyPath:(nullable NSString *)keyPath ofObject:(nullable id)object change:(nullable NSDictionary<NSKeyValueChangeKey, id> *)change context:(nullable void *)context;
移除观察者
- (void)removeObserver:(NSObject *)observer forKeyPath:(NSString *)keyPath;

下面用代码演示一下KVO的原理

首先创建两个类，添加一些属性和方法,一个用来当观察者，一个用来当被观察者

YDClassA.h
#import <Foundation/Foundation.h>
#import <objc/runtime.h>

@interface YDClassA : NSObject
@property (nonatomic,assign)NSUInteger value;
@property (nonatomic, assign) IMP imp;
@property (nonatomic, assign) IMP classImp;

@end
YDClassA.m

#import "YDClassA.h"

@implementation YDClassA

- (void)setValue:(NSUInteger)value {
    _value = value;
}
- (IMP)imp {
    return [self methodForSelector:@selector(setValue:)];
}
- (IMP)classImp {
    return [self methodForSelector:@selector(class)];
}
-(void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary<NSString *,id> *)change context:(void *)context{
    NSLog(@"A接收到变化:%@",change);
}

@end
YDClassB.h
@interface YDClassB : NSObject

@end
YDClassB.m
#import "YDClassB.h"

@implementation YDClassB

-(void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary<NSString *,id> *)change context:(void *)context{
    NSLog(@"B接收到变化:%@",change);
}

@end

好了，两个类创建完成之后，我们去main函数里面去用这两个类走一下监听的过程

main.m
#import <UIKit/UIKit.h>
#import "AppDelegate.h"
#import "YDClassA.h"
#import <objc/runtime.h>
#import "YDClassB.h"

NSArray<NSString *> *getProperties(Class aClass){
    unsigned int count;
    objc_property_t *properties = class_copyPropertyList(aClass, &count);
    NSMutableArray *mArray = [NSMutableArray array];
    for (int i = 0; i < count; i++) {
        objc_property_t property = properties[i];
        const char *cName = property_getName(property);
        NSString *name = [NSString stringWithCString:cName encoding:NSUTF8StringEncoding];
        [mArray addObject:name];
    }
    return mArray.copy;
}

NSArray<NSString *> *getIvars(Class aClass){
    unsigned int count;
    Ivar *ivars = class_copyIvarList(aClass, &count);
    NSMutableArray *mArray = [[NSMutableArray alloc] init];
    for(int i = 0; i<count ; i++){
        Ivar ivar = ivars[i];
        const char *cName = ivar_getName(ivar);
        NSString *name = [NSString stringWithCString:cName encoding:NSUTF8StringEncoding];
        [mArray addObject:name];
    }
    return mArray.copy;
}
NSArray<NSString *> *getMethods(Class aclass){
    unsigned int count;
    Method *methods = class_copyMethodList(aclass, &count);
    NSMutableArray *mArray = [[NSMutableArray alloc] init];
    for(int i = 0 ; i<count;i++){
        Method method = methods[i];
        SEL selector = method_getName(method);
        NSString *selectorName = NSStringFromSelector(selector);
        [mArray addObject:selectorName];
    }
    return mArray.copy;
}

void testKVO(){
    YDClassA *objectA = [[YDClassA alloc] init];
    YDClassB *objectB = [[YDClassB alloc] init];

    //还没添加Observer时获取YDClassA对象和YDClassB对象的属性方法等
    Class classA1 = object_getClass(objectA);
    NSLog(@"before objectA:%@",classA1);
    NSArray *propertiesA1 = getProperties(classA1);
    NSArray *ivarsA1 = getIvars(classA1);
    NSArray *methodsA1 = getMethods(classA1);
    IMP setterA1IMP = objectA.imp;
    IMP classA1IMP = objectA.classImp;
    
    Class classB1 = object_getClass(objectB);
    NSLog(@"before objectB: %@", classB1);
    NSArray *propertiesB1 = getProperties(classB1);
    NSArray *ivarsB1 = getIvars(classB1);
    NSArray *methodsB1 = getMethods(classB1);
    
    //添加Observer
    [objectA addObserver:objectB forKeyPath:@"value" options:NSKeyValueObservingOptionOld|NSKeyValueObservingOptionNew context:nil];
    [objectA addObserver:objectA forKeyPath:@"value" options:NSKeyValueObservingOptionOld|NSKeyValueObservingOptionNew context:nil];

    //添加完了Observer之后再次获取之前YDClassA对象和YDClassB对象的属性方法
    Class classA2 = object_getClass(objectA);
    Class classA2C = objectA.class;
    BOOL isSame = [objectA isEqual:objectA.self];
    id xxxx = [[classA2 alloc] init];
    NSLog(@"after objectA:%@",classA2);
    NSArray *propertiesA2 = getProperties(classA2);
    NSArray *ivarsA2 = getIvars(classA2);
    NSArray *methodsA2 = getMethods(classA2);
    IMP setterA2IMP = objectA.imp;
    IMP classA2IMP = objectA.classImp;
    
    Class classB2 = object_getClass(objectB);
    NSLog(@"before objectB: %@", classB2);
    NSArray *propertiesB2 = getProperties(classB2);
    NSArray *ivarsB2 = getIvars(classB2);
    NSArray *methodsB2 = getMethods(classB2);
    
    BOOL isSameClass = [classA1 isEqual:classA2];
    BOOL isSubClass = [classA2 isSubclassOfClass:classA1];
    
    objectA.value = 10;
    [objectA removeObserver:objectB forKeyPath:@"value"];
    [objectA removeObserver:objectA forKeyPath:@"value"];

}

int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        testKVO();
        return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
    }
}

大体就以上代码，主要有几下个部分

1.创建两个类YDClassA和YDClassB，为YDClassA类添加一个value的属性
2.main函数中实例化两个类的对象，然后获取一遍他们isa指向类的属性方法列表等
3.添加观察监听，用YDClassB类的对象去观察YDClassA对象的value属性
4.再次获取刚刚两个对象的isa指向类的属性方法列表等
5.addObserver前后的对比分析

打个断点，获取我们需要信息如下


WechatIMG6.jpeg

通过控制台日志分析，我们可以得到以下几点变化

1.被观察前，objectA是YDClassA类型，被观察后变成了NSKVONotifying_YDClassA类型，并且从我们最后面的是否为YDClassA的子类中可以看出，NSKVONotifying_YDClassA是YDClassA的子类。事实上我们通过object_getClass(objectA)获取其类型，即使通过objectA->isa获取isa指向的类型。objectA的isa从指向YDClassA变成了NSKVONotifying_YDClassA
2.属性列表和变量列表从3个变成了0个，方法列表从7个变成了4个。
3.我们分析一下方法列表的变化
setValue:方法的实现由([YDClassA setValue:] at YDClassA.m)变为了(Foundation_NSSetUnsignedLongLongValueAndNotify)。这个被重写的setter方法在原有的实现前后插入了[self willChangeValueForKey:@“name”]; 调用存取方法之前总调[super setValue:newName forKey:@”name”]; [self didChangeValueForKey:@”name”]; 等，以触发观察者的响应。
class方法由(libobjc.A.dylib -[NSObject class])变为了(Foundation_NSKVOClass),这也解释了我们在被观察前被观察后执行[objectA class]方法得到结果不同的原因，-(Class)class方法的实现本来就是object_getClass，但在被观察后class方法和object_getClass结果却不一样，事实是class方法被重写了，class方法总能得到YDClassA
dealloc方法: 观察移除后使class变回去YDClassA(通过isa指向),
_isKVO: 判断被观察者自己是否同时也观察了其他对象

总结

1.Apple 使用了 isa 混写（isa-swizzling）来实现 KVO 。当观察对象A时，KVO机制动态创建一个新的名为： NSKVONotifying_A的新类，该类继承自对象A的本类，且KVO为NSKVONotifying_A重写观察属性的setter 方法，setter 方法会负责在调用原 setter 方法之前和之后，通知所有观察对象属性值的更改情况。

2.NSKVONotifying_A类剖析：在这个过程，被观察对象的 isa 指针从指向原来的A类，被KVO机制修改为指向系统新创建的子类 NSKVONotifying_A类，来实现当前类属性值改变的监听；

3.所以当我们从应用层面上看来，完全没有意识到有新的类出现，这是系统“隐瞒”了对KVO的底层实现过程，让我们误以为还是原来的类。但是此时如果我们创建一个新的名为“NSKVONotifying_A”的类()，就会发现系统运行到注册KVO的那段代码时程序警告监听失败

4.（isa 指针的作用：每个对象都有isa 指针，指向该对象的类，它告诉 Runtime 系统这个对象的类是什么。所以对象注册为观察者时，isa指针指向新子类，那么这个被观察的对象就神奇地变成新子类的对象（或实例）了。） 因而在该对象上对 setter 的调用就会调用已重写的 setter，从而激活键值通知机制。

5.子类setter方法剖析：KVO的键值观察通知依赖于 NSObject 的两个方法:willChangeValueForKey:和 didChangevlueForKey:，在存取数值的前后分别调用2个方法： 被观察属性发生改变之前，willChangeValueForKey:被调用，通知系统该keyPath 的属性值即将变更；当改变发生后， didChangeValueForKey: 被调用，通知系统该 keyPath 的属性值已经变更；之后， observeValueForKey:ofObject:change:context: 也会被调用。且重写观察属性的setter 方法这种继承方式的注入是在运行时而不是编译时实现的。


WechatIMG8.jpeg

参考：用代码探讨 KVC/KVO 的实现原理

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