KVO（Key-Value Observing）的底层实现原理
KVO（键值观察）是一种观察者模式的实现，它允许对象观察其他对象的属性变化，并在属性变化时接收通知。KVO的使用非常方便，但它背后的实现相当复杂，主要依赖于Objective-C的动态特性。
KVO 的底层实现
- 动态创建子类：当你第一次向对象添加观察者时，KVO会动态创建该对象所属类的一个子类，并将该对象的类指针（isa指针）指向这个新子类。这个子类通常命名为
NSKVONotifying_<ClassName>。 - 方法重写：在这个动态生成的子类中，KVO会重写被观察属性的
setter方法。例如，如果你观察了name属性，KVO会在NSKVONotifying_<ClassName>类中重写setName:方法。 - 通知机制：
- 在重写的setter方法中，KVO会插入一些通知代码。具体流程是：
- 调用
willChangeValueForKey:方法，告知系统即将发生属性值的改变。 - 调用原来的setter方法，更新属性值。
- 调用
didChangeValueForKey:方法，触发通知。这个方法会调用观察者的observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:方法，通知观察者属性值已经改变。
- 调用
- 依赖关系：如果属性A依赖于属性B的值变化，KVO也会通过+keyPathsForValuesAffecting<Key>方法自动建立这种依赖关系，确保属性A的变化也能触发通知。
- KVO的类验证：当你调用
[self class]时，如果该对象已经被KVO动态生成的子类替换过isa指针，[self class]依然会返回原始类，而不是NSKVONotifying_<ClassName>。这是通过动态子类的class方法来实现的，它重写了class方法以返回正确的类信息。
KVO的缓存机制
为了提高性能，KVO使用了缓存机制，当你第一次注册观察者时，系统会创建必要的结构来处理观察者的通知，并缓存这些信息。在属性变化时，系统可以直接使用缓存的信息，减少了性能开销。
KVO 的坑及避免方法
尽管KVO功能强大，但它在使用时有许多潜在的陷阱需要注意：
- 移除观察者：
- 自动移除 vs 手动移除：在iOS 9之前，你需要手动移除观察者，否则会导致崩溃（特别是在观察者已经被释放的情况下）。从iOS 9开始，Apple引入了自动移除观察者的机制，但这只适用于ARC（自动引用计数）环境下。
- 多次移除：在iOS 9之前，如果多次移除同一个观察者，也会导致崩溃。为了避免这个问题，确保在移除观察者前检查观察者是否已经被移除。
- 观察者的生命周期：
- 野指针崩溃：如果观察者对象被释放后没有及时移除KVO，那么在被观察属性发生变化时，KVO仍然会尝试通知已经释放的观察者，这会导致野指针崩溃。因此，在观察者即将被销毁时，一定要移除观察者。
- 未匹配的添加/移除：确保添加和移除观察者的逻辑是对称的，否则容易导致内存泄漏或崩溃。
- 多线程问题：
- 线程安全性：KVO不是线程安全的。如果多个线程同时对同一个属性进行KVO操作，可能导致竞态条件（race condition）和崩溃。为避免此问题，应确保对KVO操作的代码在单一线程或在锁定机制（例如
@synchronized）下执行。
- 线程安全性：KVO不是线程安全的。如果多个线程同时对同一个属性进行KVO操作，可能导致竞态条件（race condition）和崩溃。为避免此问题，应确保对KVO操作的代码在单一线程或在锁定机制（例如
- 回调机制：
- KVO回调中的操作：在KVO的回调中，如果对被观察对象的属性再进行修改，会导致无限递归和栈溢出。因此在回调中应避免直接修改被观察的属性。
- 未记录的行为：
- 非NSObject对象的KVO：KVO机制在某些非NSObject类对象上可能无法工作，例如直接继承自纯C结构体的对象。因为KVO依赖于Objective-C的runtime特性，这些对象可能不支持动态方法调度。
如何安全地移除KVO观察者
为了安全地移除KVO观察者，可以遵循以下几种方式：
- 在合适的时机移除：
最佳实践是在对象的dealloc方法中移除KVO观察者，确保在对象销毁前不会再接收KVO通知。
- (void)dealloc {
[self removeObserver:self forKeyPath:@"property"];
}
- 避免重复移除：
使用try-catch块或者判断是否已经添加观察者来防止重复移除。
@try {
[self removeObserver:self forKeyPath:@"property"];
} @catch (NSException *exception) {
// Handle exception or simply log
}
- 自动移除（iOS 9 及以后）：
从iOS 9开始，如果你使用-removeObserver:forKeyPath:方法手动移除观察者，即使对象已经被销毁，也不会导致崩溃。ARC也自动管理了部分观察者的移除，但开发者应依然小心管理。 - 使用外部库：
使用第三方库如FBKVOController等，它们为KVO提供了更加安全和便捷的接口。FBKVOController自动处理观察者的移除，避免手动管理KVO引起的各种潜在问题。
总结
KVO是一个强大的机制，可以用于观察对象属性的变化并响应这些变化。它的底层实现依赖于Objective-C的动态特性，包括动态创建子类、重写setter方法等。尽管KVO提供了很大的灵活性，但也伴随着许多潜在的坑，如多次移除观察者、线程安全问题、回调中的无限递归等。通过谨慎管理观察者的生命周期、在适当的时机移除观察者，以及使用更安全的KVO工具库，开发者可以有效避免这些问题。
