KVO 是 Cocoa 框架提供的一种键-值观察的机制，关于 KVO 的用法可以参考苹果官方文档 Key-Value Observing Programming Guide，本文旨在帮助读者更好的理解 KVO 的原理。
探索 KVO
关于 KVO 的实现细节，苹果似乎不愿意过多暴露。在 Key-Value Observing Implementation Details 中简单描述到：KVO 是基于一种称为 isa-swizzling 的技术实现，当在注册 observer 的时候，会生成一个中间类（继承自原始类），被观察对象的 isa 指针实际指向这个中间类。
中间类
这个中间类到底是什么？借助于 runtime 和 lldb 技术，可以更好的剖析中间类。
property
@interface GSCObject : NSObject
@property (nonatomic, strong) NSString *name;
@end
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
GSCObject *object = [[GSCObject alloc] init];
GSCObserver *observer = [[GSCObserver alloc] init];
[object addObserver:observer forKeyPath:@"name" options:NSKeyValueObservingOptionNew context:nil];
NSLog(@"%p", object_getClass(object));
object.name = @"gsc";
}
return 0;
}
在 object.name = @"gsc"; 行加入断点，执行以下命令后的结果：
0x101d0cd30
(lldb) po object->isa
NSKVONotifying_GSCObject
(lldb) p (class_data_bits_t *) 0x101d0cd50 //(在类指针上加 32 的 offset 打印 class_data_bits_t 指针)
(class_data_bits_t *) $1 = 0x0000000101d0cd50
(lldb) p $1->data()
(class_rw_t *) $2 = 0x0000000101d0ce50
(lldb) p $2.methods
(method_array_t) $3 = {
list_array_tt<method_t, method_list_t> = {
= {
list = 0x0000000101e126a1
arrayAndFlag = 4326500001
}
}
}
Fix-it applied, fixed expression was:
$2->methods
(lldb) p $3.beginCategoryMethodLists()[0][0]
(method_list_t) $4 = {
entsize_list_tt<method_t, method_list_t, 3> = {
entsizeAndFlags = 26
count = 1
first = {
name = "setName:"
types = 0x0000000100001f82 "v24@0:8@16"
imp = 0x00007fff35fd7b6b (Foundation`_NSSetObjectValueAndNotify)
}
}
}
(lldb) p $3.beginCategoryMethodLists()[1][0]
(method_list_t) $5 = {
entsize_list_tt<method_t, method_list_t, 3> = {
entsizeAndFlags = 26
count = 1
first = {
name = "class"
types = 0x00000001003b9fb2 "#16@0:8"
imp = 0x00007fff35fd77cf (Foundation`NSKVOClass)
}
}
}
(lldb) p $3.beginCategoryMethodLists()[2][0]
(method_list_t) $6 = {
entsize_list_tt<method_t, method_list_t, 3> = {
entsizeAndFlags = 26
count = 1
first = {
name = "dealloc"
types = 0x00000001003b9f5c "v16@0:8"
imp = 0x00007fff3609d8fb (Foundation`NSKVODeallocate)
}
}
}
(lldb) p $3.beginCategoryMethodLists()[3][0]
(method_list_t) $7 = {
entsize_list_tt<method_t, method_list_t, 3> = {
entsizeAndFlags = 26
count = 1
first = {
name = "_isKVOA"
types = 0x00007fff3636b11b "c16@0:8"
imp = 0x00007fff361637e0 (Foundation`NSKVOIsAutonotifying)
}
}
}
(lldb) p (objc_class *)0x101d0cd38 // (在类指针上加 8 的 offset 打印 superclass 指针)
(objc_class *) $8 = 0x0000000101d0cd38
(lldb) p *$8
(objc_class) $9 = {
isa = GSCObject
}
中间类的名称是：NSKVONotifying_GSCObject，父类是：GSCObject。并且自动创建了 setName:、class、dealloc、_isKVOA 四个方法，每个方法对应的实现 imp 都是在 Foundation 框架中。
那么当对象变量改变的时候是如何触发 KVO 通知的呢？
在通过 『. 语法』对 property 赋值时（property 会默认生成 setter 和 getter），最终都会执行到 setter 方法。中间类重写 setter 方法后的实现为 _NSSetObjectValueAndNotify 的 imp ，对 _NSSetObjectValueAndNotify 进行断点后可以发现：
image
主要的方法调用栈如上图所示。
image
在 _NSSetObjectValueAndNotify 内部实现中可以发现，会先调用 willChangeValueForKey: 然后调用原始类的 setter ，接着会调用 didChangeValueForKey:。
image
在方法调用栈的最后方法 NSKVONotify 中可以看到 KVO 的通知方法 observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:。
ivar
@interface GSCObject : NSObject
{
NSString *_name;
}
@end
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
GSCObject *object = [[GSCObject alloc] init];
GSCObserver *observer = [[GSCObserver alloc] init];
[object addObserver:observer forKeyPath:@"_name" options:NSKeyValueObservingOptionNew context:nil];
NSLog(@"%p", object_getClass(object));
[object setValue:@"gsc" forKey:@"_name"];
}
return 0;
}
对于 ivar 来说，原始类并不会自动生成 setter 方法，执行命令后的结果为：
(lldb) p $2.beginCategoryMethodLists()[0][0]
(method_list_t) $3 = {
entsize_list_tt<method_t, method_list_t, 3> = {
entsizeAndFlags = 26
count = 1
first = {
name = "class"
types = 0x00000001003b8fb2 "#16@0:8"
imp = 0x00007fff35fd77cf (Foundation`NSKVOClass)
}
}
}
(lldb) p $2.beginCategoryMethodLists()[1][0]
(method_list_t) $4 = {
entsize_list_tt<method_t, method_list_t, 3> = {
entsizeAndFlags = 26
count = 1
first = {
name = "dealloc"
types = 0x00000001003b8f5c "v16@0:8"
imp = 0x00007fff3609d8fb (Foundation`NSKVODeallocate)
}
}
}
(lldb) p $2.beginCategoryMethodLists()[2][0]
(method_list_t) $5 = {
entsize_list_tt<method_t, method_list_t, 3> = {
entsizeAndFlags = 26
count = 1
first = {
name = "_isKVOA"
types = 0x00007fff3636b11b "c16@0:8"
imp = 0x00007fff361637e0 (Foundation`NSKVOIsAutonotifying)
}
}
}
中间类并没有创建 setter，那么是如何触发 KVO 通知的呢？
对 _name 设置 watchpoint：
(lldb) watchpoint set variable object->_name
执行断点后
image
KVC 赋值底层会调用 _NSSetUsingKeyValueSetter，在该实现内部会调用 _NSSetValueAndNotifyForKeyInIvar。
image
在 _NSSetValueAndNotifyForKeyInIvar 实现中，会先调用 willChangeValueForKey: ，接着对 ivar 进行赋值，然后调用 didChangeValueForKey:。
image
在 didChangeValueForKey: 中会调用 NSKeyValueDidChangeWithPerThreadPendingNotifications.llvm.15835543126851482145。
image
在 NSKeyValueDidChangeWithPerThreadPendingNotifications.llvm.15835543126851482145 中会调用 NSKeyValueDidChange。
image
之后的方法调用栈与 property 一致。
ivar + setter
@interface GSCObject : NSObject
{
NSString *_name;
}
@end
@implementation GSCObject
- (void)set_name:(NSString *)name
{
_name = name;
}
@end
当我们手动添加 setter 之后会发现，中间类也会重写 setter 。
image
与无 setter 的情况对比可以发现：在 _NSSetUsingKeyValueSetter 内会调用 _NSSetObjectValueAndNotify，也就是中间类 setter 的实现。
总结
-
调用
- (void)addObserver:(NSObject *)observer forKeyPath:(NSString *)keyPath options:(NSKeyValueObservingOptions)options context:(nullable void *)context;方法后，会创建一个名为：NSKVONotifying_originalClass的中间类，父类为originalClass，并自动创建class、dealloc、_isKVOA三个方法。 -
使用 property （默认生成 setter）或手动添加 setter 后，中间类会重写 setter，以
_NSSetObjectValueAndNotify的实现作为中间类 setter 的实现。 -
使用 『. 语法』，会直接调用 setter。
-
使用 KVC ，会调用
_NSSetUsingKeyValueSetter。如果有重写过 setter，_NSSetUsingKeyValueSetter内部会调用 setter 的实现_NSSetObjectValueAndNotify， 如果没有，则会调用_NSSetValueAndNotifyForKeyInIvar。
对于变量赋值的场景可以分为以下几种：
-
有 setter + . 语法
@property (nonatomic, strong) NSString *name; object.name = @"gsc";会触发 KVO 通知，主要方法调用栈：
image
-
有 setter + KVC（自动生成 setter 和手动添加 setter 两种）
@property (nonatomic, strong) NSString *name; [object setValue:@"gsc" forKey:@"_name"];{ NSString *_name; } - (void)set_name:(NSString *)name { _name = name; } [object setValue:@"gsc" forKey:@"_name"];两种情况都会触发 KVO 通知，主要方法调用栈：
image
-
无 setter + KVC
{ NSString *_name; } [object setValue:@"gsc" forKey:@"_name"];会触发 KVO 通知，主要方法调用栈：
image
-
直接赋值 ivar
{ @public NSString *_name; } object->_name = @"gsc";
image
设置 watchpoint 可以发现，这种情况直接调用 objc_storeStrong 并不会触发 KVO 通知。
KVO 的内部实现是极其复杂的，并且 KVO 的实现离不开 KVC。 Github 上有人根据 Foundation.framework 汇编反写出了 KVC、KVO 的『实现』 ：DIS_KVC_KVO，感兴趣的可以去研读下。
网友评论