iOS底層原理之KVO分析（上）

什麼是KVO？

KVO是Key-Value Observing的簡寫，稱爲鍵值觀察，用來監聽對象屬性的變化。

KVO使用探究

咱們以IFPerson類爲例研究KVO的使用。

自動觸發KVO監聽

• 主要代碼

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view.
    self.person.name = @"kvo";
    NSLog(@"class = %@",object_getClass(self.person));
    //對person的name添加kvo監聽
    [self.person addObserver:self forKeyPath:@"name" options:NSKeyValueObservingOptionNew context:NULL];
    NSLog(@"class = %@",object_getClass(self.person));
}

-(void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    self.person.name = [NSString stringWithFormat:@"%@ +",self.person.name];
}

-(void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary<NSKeyValueChangeKey,id> *)change context:(void *)context {
    if ([keyPath isEqualToString:@"name"]) {
        NSLog(@" === %@",change);
    }
}

-(void)dealloc {
    //移除監聽
    [self.person removeObserver:self forKeyPath:@"name"];
}
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運行代碼點擊屏幕效果以下

手動觸發KVO監聽

若是想要手動觸發KVO監聽，須要重寫+ (BOOL)automaticallyNotifiesObserversForKey:(NSString *)key函數，該函數默認返回YES，表示自動觸發，返回NO，則表示手動觸發。對於本文，咱們判斷下key == name則手動觸發，不然自動觸發。修改代碼以下

//在`IFPerson.m`中
+(BOOL)automaticallyNotifiesObserversForKey:(NSString *)key {
    if ([key isEqualToString:@"name"]) {
        return NO;
    }
    return [super automaticallyNotifiesObserversForKey:key];
}
-(void)setName:(NSString *)name {
    [self willChangeValueForKey:name];
    _name = name;
    [self didChangeValueForKey:name];
}
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從上述代碼中，咱們能夠看到，要實現手動觸發KVO，有兩個步驟須要實現

• 步驟一：重寫+ (BOOL)automaticallyNotifiesObserversForKey:(NSString *)key函數，根據須要返回NO
• 步驟二：對於監聽的對象屬性發生改變時，須要在改變先後調用willChangeValueForKey:和didChangeValueForKey:

KVO底層原理探究

從上述中咱們能夠看到咱們能夠根據KVO監聽屬性的變化，那麼在底層是怎麼實現的呢？

KVO監聽先後對象的變化

咱們在監聽name先後獲取person的class以及其指針地址看下是否有變化，代碼以下

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view.
    self.person.name = @"kvo";
    NSLog(@"class = %@ address = %p",object_getClass(self.person),self.person);
    //對person的name添加kvo監聽
    [self.person addObserver:self forKeyPath:@"name" options:NSKeyValueObservingOptionNew context:NULL];
    NSLog(@"class = %@ address = %p",object_getClass(self.person),self.person);
}
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打印結果以下從上圖中咱們看到，self.person的class先後發生了改變，可是對象地址並無改變。咱們再經過獲取isa來驗證下。

• 監聽以前
• 監聽以後
• 監聽先後總結：從上面分析可知，在進行KVO監聽後，對象的class即isa指向發生了改變，由IFPerson變成了NSKVONotifying_IFPerson，可是對象的地址沒有改變。

NSKVONotifying_IFPerson是什麼？

咱們知道了在進行KVO監聽後class變成了NSKVONotifying_IFPerson，那麼NSKVONotifying_IFPerson從何而來？下面咱們看下NSKVONotifying_IFPerson的父類是誰。

準備工做

因爲superClass是隱藏屬性，在外部沒法訪問，由於咱們定義一個結構體，並強轉下類型來得到superClass，代碼以下

struct cw_objc_class {
    Class _Nonnull isa;
    Class _Nullable super_class;
};

// 強轉一下類型
    struct cw_objc_class *newClass = (__bridge struct cw_objc_class *)object_getClass(self.person);
    NSLog(@"superClass = %@",newClass->super_class);
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從打印結果來看NSKVONotifying_IFPerson的父類居然是IFPerson。

NSKVONotifying_IFPerson類實現了哪些方法？

既然runtime在進行KVO監聽的時候派生了NSKVONotifying_IFPerson類，那麼NSKVONotifying_IFPerson類跟IFPerson類實現方法有什麼區別呢？咱們打印下監聽先後兩個類的實現方法區別

#pragma mark - 遍歷方法-ivar-property
- (void)printClassAllMethod:(Class)cls{
    unsigned int count = 0;
    Method *methodList = class_copyMethodList(cls, &count);
    for (int i = 0; i<count; i++) {
        Method method = methodList[i];
        SEL sel = method_getName(method);
        IMP imp = class_getMethodImplementation(cls, sel);
        NSLog(@"%@-%p",NSStringFromSelector(sel),imp);
    }
    free(methodList);
}
NSLog(@"監聽以前方法：");
    [self printClassAllMethod:object_getClass(self.person)];
    
    //對person的name添加kvo監聽
    [self.person addObserver:self forKeyPath:@"name" options:NSKeyValueObservingOptionNew context:NULL];
    NSLog(@"監聽以前方法：");
    [self printClassAllMethod:object_getClass(self.person)];
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打印結果以下從打印監聽先後方法列表咱們能夠看到NSKVONotifying_IFPerson類有以下變化

• 重寫了被監聽屬性的setter方法，如setName:
• 修改了isa指針指向的地址，由原來的IFPerson指向了NSKVONotifying_IFPerson
• 實現了dealloc方法
• 增長了一個_isKOA標識符

isa指針什麼時候從新指向IFPerson？

既然isa指針在被監聽後指向了NSKVONotifying_IFPerson類，那麼什麼時候從新指向IFPerson呢？答案是在移除監聽的時候。爲了驗證，咱們在dealloc中打印下監聽先後isa指針的變化。

KVO總結

• KVO在監聽屬性後，runtime會根據對象的類型生成一個NSKVONotifying_XXX（XXX是原來的類）的派生類，該派生類NSKVONotifying_XXX繼承於原來的類
• NSKVONotifying_XXX重寫被監聽屬性的setter方法，可是賦值的時候經過重寫的setter內部消息轉發仍是經過原來類的setter方法來實現
• KVO在移除監聽時將isa指針指向地址由NSKVONotifying_XXX派生類從新指向原來類