iOS底層原理總結篇-- 深刻理解 KVC\KVO 實現機制

時間 2019-11-07

標籤 ios 底層原理總結深刻理解 kvc kvo 實現機制欄目 iOS 简体版

原文原文鏈接

iOS底層原理總結--OC對象的本質(一) - 掘金面試

iOS底層原理總結--OC對象的本質(二) - 掘金bash

iOS底層原理總結--OC對象的分類：instance、class、meta-calss對象的isa和superclass - 掘金框架

iOS底層原理總結-- KVO/KVC的本質 - 掘金函數

...post

一. KVO的實現原理

面試題：測試

KVO相關：
1. iOS用什麼方式來實現對一個對象的KVO？（KVO的本質是什麼？）
2. 如何手動出發KVO？
3. 直接修改爲員變量會觸發KVO麼？

KVC相關： 
1. 經過KVC修改屬性會觸發KVO麼？
2. KVC的賦值和取值過程是怎樣的？原理是什麼？
複製代碼

1. 什麼是KVO？

KVO的全稱是Key-Value Observing，俗稱"鍵值監聽"，能夠用於監聽摸個對象屬性值得改變。
複製代碼

要監聽Person中的age屬性，咱們就建立一個observer用來監聽age的變化，當咱們age一旦發生改變，就會通知observer。

2. KVO簡單的實現

咱們先簡單的回顧一下 KVO的代碼實現。ui

///> DLPerson.h 文件

#import <Foundation/Foundation.h>

NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN

@interface DLPerson : NSObject

@property (nonatomic, assign) int age;

@end

NS_ASSUME_NONNULL_END
複製代碼

///> ViewController.m 文件

#import "ViewController.h"
#import "DLPerson.h"
@interface ViewController ()
@property (nonatomic, strong) DLPerson *person1;
@property (nonatomic, strong) DLPerson *person2;
@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    self.person1 = [[DLPerson alloc]init];
    self.person1.age = 1;
    
    self.person2 = [[DLPerson alloc]init];
    self.person2.age = 2;
    
    ///> person1添加kvo監聽
    NSKeyValueObservingOptions options = NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld;
    [self.person1 addObserver:self forKeyPath:@"age" options:options context:nil];
}

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event{
    self.person1.age = 20;
    self.person2.age = 30;
}

- (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary<NSKeyValueChangeKey,id> *)change context:(void *)context{
    NSLog(@"監聽到了%@的%@屬性發生了改變%@",object,keyPath,change);
}

- (void)dealloc{
    ///> 使用結束後記得移除
    [self.person1 removeObserver:self forKeyPath:@"age"];
}

@end

@end
複製代碼

輸出結果：
監聽到了<DLPerson: 0x6000033d4e40>的age屬性發生了改變- {
kind = 1;
new = 20;
old = 1;
}

///>  由於咱們只監聽了person1  因此只會輸出person1的改變。
複製代碼

3. KVO存在的疑問

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event{
    // self.person1.age = 20;
    [self.person1 setAge:20]; ///> 等同於self.person1.age = 20;
    
    self.person2.age = 30;
    [self.person2 setAge:20];///> 等同於self.person2.age = 20;
}
複製代碼

由於當咱們在DLPerson中使用@property聲名一個屬性的時候會自動生成聲名屬性的set和get方法。以下代碼：編碼

///> DLPerson.m文件

#import "DLPerson.h"

@implementation DLPerson

- (void)setAge:(int)age{
    _age = age;
}

- (int)age{
    return _age;
}

@end
複製代碼

既然person1和person2的本質都是在調用set方法，就必定都會走在DLPerson類中的setAge這個方法。atom

那麼問題來了，一樣走的是DLPerson類中的setAge方法，爲何person1就會走到spa

- (void)observeValueForKeyPath:(nullable NSString *)keyPath ofObject:(nullable id)object change:(nullable NSDictionary<NSKeyValueChangeKey, id> *)change context:(nullable void *)context;
複製代碼

方法中而person2就不會呢？

4. KVO的本質分析

若是不是很瞭解OC對象的isa指針相關知識的同窗，建議先請前往窺探iOS底層實現--OC對象的分類：instance、class、meta-calss對象的isa和superclass - 掘金文章瞭解一下先。

接下來咱們探究一下兩個對象的本質，首先咱們person1和person2的isa打印出來查看一下他們的實例對象isa指向的類對象是什麼？

咱們會發現person1的isa指針打印出的是: NSKVONotifying_DLPerson

而person2的isa指針打印出來的是: DLPerson

person1和person2都是實例對象因此person1和person2的isa指針指向的都是類對象，

因此說，若是對象沒有添加KVO監聽那麼它的isa指向的就是本身原來的類對象，以下圖

person2.isa == DLPerson
複製代碼

當一個對象添加了KVO的監聽時，當前對象的isa指針指向的就不是你原來的類，指向的是另一個類對象，以下圖

person1.isa == NSKVONotifying_DLPerson
複製代碼

NSKVONotifying_DLPerson類是 Runtime動態建立的一個類，在程序運行的過程當中產生的一個新的類。
NSKVONotifying_DLPerson類是DLPerson的一個子類。
NSKVONotifying_DLPerson類存在本身的 setAge:、class、dealloc、isKVOA...方法。

當咱們DLperson的實例對象調用setAge方法時，

實例對象的isa指針找到類對象，而後在類類對象中尋找相應的對象方法，若是有則調用，

若是沒有則去superclass指向的父類對象中尋找相應的對象方法，若是有則調用，

若是未找到相應的對象方法則會報：unrecognized selector sent to instance 錯誤
因爲上圖可分析出咱們的person1的isa指針指向的類對象是NSKVONotifying_DLPerson，而且NSKVONotifying_DLPerson中還帶有setAge: 方法，因此：
```
///> person1的setAge方法走的是NSKVONotifying_DLPerson類中的setAge方法，
///> 而且在KVO監聽中實現了[superclass setAge:age];，
[self.person1 setAge:20]; 

///> person2的setAge方法走的是DLPerson中的setAge:方法，
[self.person2 setAge:30]; 
複製代碼
```
上次代碼所示，兩個實例對象person1和person2都走了DLPerson的setAge:方法，只是添加了KVO的person1在本身的setAge方法中添加了 其餘操做。

其餘操做猜測 僞代碼！：

///> NSKVONotifying_DLPerson.m 文件

#import "NSKVONotifying_DLPerson.h"

@implementation NSKVONotifying_DLPerson

- (void)setAge:(int)age{
  _NSSetIntValueAndNotify();  ///> 文章末尾 知識點補充小結有此方法來源
}

void _NSSetIntValueAndNotify(){
  [self willChangeValueForKey:@"age"];
  [super setAge:age];
  [self didChangeValueForKey:@"age"];
}

- (void)didChangeValueForKey:(NSString *)key{
  ///> 通知監聽器 key發生了改變
  [observe observeValueForKeyPath:key ofObject:self change:nil context:nil];
}

@end
複製代碼

_NSSetIntValueAndNotify(); ///> 文章末尾知識點補充小結有此方法來源

5. KVO的調用順序

因爲咱們的NSKVONotifying_DLPerson類不能參與編譯因此能夠在 DLPerson.m中重寫它父類的方法代碼以下：

///> ViewController.m文件

#import "ViewController.h"
#import "DLPerson.h"
@interface ViewController ()
@property (nonatomic, strong) DLPerson *person1;
@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    self.person1 = [[DLPerson alloc]init];
    self.person1.age = 10;
    
    ///> person1添加kvo監聽
    NSKeyValueObservingOptions options = NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld;
    [self.person1 addObserver:self forKeyPath:@"age" options:options context:nil];
}

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event{
    [self.person1 setAge:20];
}

- (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary<NSKeyValueChangeKey,id> *)change context:(void *)context{
    NSLog(@"監聽到了%@的%@屬性發生了改變%@",object,keyPath,change);
}

- (void)dealloc{
    ///> 使用結束後記得移除
    [self.person1 removeObserver:self forKeyPath:@"age"];
}

@end
複製代碼

///> DLPerson.m文件

#import "DLPerson.h"

@implementation DLPerson

- (void)setAge:(int)age{
    _age = age;
}

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

- (void)didChangeValueForKey:(NSString *)key{
    NSLog(@"didChangeValueForKey - begin");
    [super didChangeValueForKey:key];
    NSLog(@"didChangeValueForKey - end");
}
@end
複製代碼

輸出結果：

willChangeValueForKey
didChangeValueForKey - begin
監聽到了<DLPerson: 0x60000041afe0>的age屬性發生了改變{
    kind = 1;
    new = 20;
    old = 10;
}
didChangeValueForKey - end
複製代碼

調用willChangeValueForKey:
調用原來的setter實現
調用didChangeValueForKey:

總結：didChangeValueForKey:內部會調用observer的observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:方法

二. KVC的實現原理

1. 什麼是KVC？

KVC的全稱key - value - coding，俗稱"鍵值編碼",能夠經過key來訪問某個屬性
複製代碼

常見的API有：

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

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

複製代碼

簡單的代碼實現: DLPerson 和 DLCat

///> DLPersin.h 文件

#import <Foundation/Foundation.h>

NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN

/** DLCat */
@interface DLCat : NSObject
@property (nonatomic, assign) int weight;
@end


/** DLPerson */
@interface DLPerson : NSObject
@property (nonatomic, assign) int age;
@property (nonatomic, strong) DLCat *cat;
@end

NS_ASSUME_NONNULL_END
複製代碼

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

///> ViewController.m 文件

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    DLPerson *person = [[DLPerson alloc]init];
    [person setValue:@20 forKey:@"age"];
    NSLog(@"%d",person.age);
}
複製代碼

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

///> ViewController.m 文件

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    DLPerson *person = [[DLPerson alloc]init];
    person.cat = [[DLCat alloc]init];
    [person setValue:@20 forKeyPath:@"cat.weight"];
    NSLog(@"%d",person.age);
    NSLog(@"%d",person.cat.weight);
}
複製代碼

setValue:(id)value forKeyPath:(NSString *)keyPath 和 setValue:(id)value forKey:(NSString *)key 的區別：

keyPath 至關於根據路徑去尋找屬性，一層一層往下找，
key 是直接哪去屬性的名字設置，若是按路徑找會報錯

1.3 - (id)valueForKey:(NSString *)key;

///> ViewController.m 文件

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    DLPerson *person = [[DLPerson alloc]init];
    person.age = 10;
    NSLog(@"%@",[person valueForKey:@"age"]);
}
複製代碼

1.4 - (id)valueForKeyPath:(NSString *)keyPath;

///> ViewController.m 文件

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    DLPerson *person = [[DLPerson alloc]init];
    person.age = 10;
    NSLog(@"%@",[person valueForKey:@"cat.weight"]);
}
複製代碼

(id)valueForKey:(NSString *)key; 和 (id)valueForKeyPath:(NSString *)keyPath 的區別：

同理1.2-1.3

2. setValue:forKey:的原理

當咱們設置setValue:forKey:時
首先會查找setKey:、_setKey: (按順序查找)
若是有直接調用

若是沒有，先查看accessInstanceVariablesDirectly方法

+ (BOOL)accessInstanceVariablesDirectly{
      return YES;   ///> 能夠直接訪問成員變量
  // return NO; ///> 不能夠直接訪問成員變量, 
  ///> 直接訪問會報NSUnkonwKeyException錯誤 
  }
複製代碼

若是能夠訪問會按照 _key、_isKey、key、iskey的順序查找成員變量
找到直接複製
未找到報錯NSUnkonwKeyException錯誤

_key、_isKey、key、iskey複製順序

///> DLPerson.h 文件

@interface DLPerson : NSObject{
    @public
    int _age;
    int _isAge;
    int age;
    int isAge;
}

@end
複製代碼

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    self.person1 = [[DLPerson alloc]init];
    ///> person1添加kvo監聽
    NSKeyValueObservingOptions options = NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld;
    [self.person1 addObserver:self forKeyPath:@"age" options:options context:nil];
    
    ///> 經過KVC修改person.age的值
    [self.person1 setValue:@20 forKey:@"age"];
    
     NSLog(@"------");
}

- (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary<NSKeyValueChangeKey,id> *)change context:(void *)context{
    NSLog(@"監聽到了%@的%@屬性發生了改變%@",object,keyPath,change);
}

- (void)dealloc{
    ///> 使用結束後記得移除
    [self.person1 removeObserver:self forKeyPath:@"age"];
}
複製代碼

在NSLog(@"------");位置打下短點註釋方式去查看各個值得複製順序
而後在控制檯中查看複製查找的順序就OK了，
DLPerson文件中的順序即便是調換了也無所謂。

3. valueForKey:的原理

kvc取值按照 getKey、key、iskey、_key 順序查找方法
存在直接調用

沒找到一樣，先查看accessInstanceVariablesDirectly方法

+ (BOOL)accessInstanceVariablesDirectly{
      return YES;   ///> 能夠直接訪問成員變量
  // return NO; ///> 不能夠直接訪問成員變量, 
  ///> 直接訪問會報NSUnkonwKeyException錯誤 
  }
複製代碼

若是能夠訪問會按照 _key、_isKey、key、iskey的順序查找成員變量
找到直接複製
未找到報錯NSUnkonwKeyException錯誤

三. 知識點補充

1. _NSSetIntValueAndNotify();方法來源

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    self.person1 = [[DLPerson alloc]init];
    self.person1.age = 10;
    
    self.person2 = [[DLPerson alloc]init];
    self.person2.age = 20;
    
    ///> person1添加kvo監聽
    NSLog(@"person添加KVO以前 - person1：%@， person2：%@",object_getClass(self.person1), object_getClass(self.person2));
    
    NSKeyValueObservingOptions options = NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld;
    [self.person1 addObserver:self forKeyPath:@"age" options:options context:nil];
    
    NSLog(@"person添加KVO以前 - person1：%@， person2：%@",object_getClass(self.person1), object_getClass(self.person2));
}

複製代碼

輸出結果：

person添加KVO以前 - person1：DLPerson， person2：DLPerson

person添加KVO以後 - person1：NSKVONotifying_DLPerson， person2：DLPerson
複製代碼

因而可知在沒有爲person1添加KVO以前 person1.isa指針仍然是DLPerson

那麼咱們就可使用- (IMP)methodForSelector:(SEL)aSelector;去查看實現方法的地址，的具體方法代碼以下：

///> person1添加kvo監聽
    NSLog(@"person添加KVO以前 - person1：%p， person2：%p \n",[self.person1 methodForSelector:@selector(setAge:)], [self.person2 methodForSelector:@selector(setAge:)]);
    
    NSKeyValueObservingOptions options = NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld;
    [self.person1 addObserver:self forKeyPath:@"age" options:options context:nil];
    
    NSLog(@"person添加KVO以後 - person1：%p， person2：%p \n",[self.person1 methodForSelector:@selector(setAge:)], [self.person2 methodForSelector:@selector(setAge:)]);
}
複製代碼

輸出結果：

person添加KVO以前 - person1：0x10852a560， person2：0x10852a560 
person添加KVO以後 - person1：0x108883fc2， person2：0x10852a560 
複製代碼

因而可知，在添加以前person1和person2實現的setAge方法是一個，添加以後person1的setAge方法就有了變化。

而後咱們打入短點去查看實現的方法：

在控制檯中使用 p (IMP)方法地址 來打印獲得方法的名稱。因此咱們在添加KVO以後的 setAge: 方法調用了 _NSSetIntValueAndNotify() 。

若是定義的屬性是類型是double則調用的是_NSSetDoubleValueAndNotify()
你們能夠本身測試一下。
此方法在Foundtion框架中有對應的
NSSetDoubleValueAndNotify()
NSSetIntValueAndNotify()
NSSetCharValueAndNotify()
...
複製代碼

目前還未深刻接觸到逆向工程。等之後學到了在給你們詳解解釋吧。

2. NSKVONotifying_DLPerson的isa指針指向哪裏？

在 KVO的本質分析 中咱們得知，添加了KVO監聽的實例對象isa指針指向了NSKVONotifying_DLPerson類，那麼NSKVONotifying_DLPerson的isa指針的指向？

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    self.person1 = [[DLPerson alloc]init];
    self.person1.age = 10;

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

    ///> person1添加kvo監聽
    NSKeyValueObservingOptions options = NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld;
    [self.person1 addObserver:self forKeyPath:@"age" options:options context:nil];

    NSLog(@"類對象 - person1: %@<%p> person2: %@<%p>",
          object_getClass(self.person1),  ///> self.person1.isa 類名
          object_getClass(self.person1),  ///> self.person1.isa
          object_getClass(self.person2),  ///> self.person1.isa 類名
          object_getClass(self.person2)  ///> self.person1.isa
          );
    
    NSLog(@"元類對象 - person1: %@<%p> person2: %@<%p>",
          object_getClass(object_getClass(self.person1)),  ///> self.person1.isa.isa 類名
          object_getClass(object_getClass(self.person1)),  ///> self.person1.isa.isa
          object_getClass(object_getClass(self.person2)),  ///> self.person2.isa.isa 類名
          object_getClass(object_getClass(self.person2))  ///> self.person2.isa.isa
          );
}
複製代碼

輸出結果：

類對象 - person1: NSKVONotifying_DLPerson<0x6000002cef40>   person2: DLPerson<0x1002c9048>

元類對象 - person1: NSKVONotifying_DLPerson<0x6000002cf210>   person2: DLPerson<0x1002c9020>
複製代碼

結果發現：每個類對象的地址是不同的，並且元類對象的地址也不同的，因此咱們能夠認爲 NSKVONotifying_DLPerson類有本身的元類對象， NSKVONotifying_DLPerson.isa指向着本身的元類對象。

四. 面試題答案

iOS用什麼方式實現對一個對象的KVO？(KVO的本質是什麼？)

利用RuntimeAPI動態生成一個子類，而且讓instance對象的isa指向這個全新的子類
 當修改instance對象的屬性時，會調用Foundation的_NSSetXXXValueAndNotify函數
 willChangeValueForKey:
 父類原來的setter
 didChangeValueForKey:
 內部會觸發監聽器（Oberser）的監聽方法(observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:）
複製代碼

如何手動觸發KVO？

手動調用willChangeValueForKey:和didChangeValueForKey:
複製代碼

直接修改爲員變量會觸發KVO麼？

不會觸發KVO，由於直接修改爲員變量並無走set方法。
複製代碼

KVC相關：

經過KVC修改屬性會觸發KVO麼？

會觸發KVO，如上流程圖
複製代碼

KVC的賦值和取值過程是怎樣的？原理是什麼？
```
如上流程圖
複製代碼
```

文章總結自MJ老師底層視頻。

相關標籤/搜索

每日一句

每一个你不满意的现在，都有一个你没有努力的曾经。