iOS-KVO(三) 窥探底层实现

iOS-KVO(一) 基本操作
iOS-KVO(二) 使用注意点
iOS-KVO(三) 窥探底层实现
iOS-KVO(四) 自定义KVO+Block

我们将在这篇文章中了解到KVO底层的实现原理

底层实现分析

1. 创建Person，然后添加一个name属性；

#import <Foundation/Foundation.h>

NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN

@interface Person : NSObject

@property (nonatomic, copy) NSString *name;

@end

NS_ASSUME_NONNULL_END

2. 创建两个Person类的实例对象，然后其中为p1对象添加观察者，然后观察两个对象的isa指向；

    Person *p1 = [Person new];
    Person *p2 = [Person new];
    
    [p1 addObserver:self forKeyPath:@"name" options:NSKeyValueObservingOptionNew|NSKeyValueObservingOptionOld context:NULL];
    
    p1.name = @"p1";
    p2.name = @"p2";

isa指向：

isa指向.png

我们可以看到，在未添加观察者之前，p1和p2都是指向Person类，但是p1添加观察者之后，p1的isa指为NSKVONotifying_Person类，p2还是不变。

可见，p1对象添加观察者之后，在运行时期间，p1的isa指针指向发生了改变。
并且我们通过获取NSKVONotifying_Person的父类，得到的是Person类。

    NSLog(@"%s", object_getClassName(object_getClass(p1)));  //NSKVONotifying_Person
    NSLog(@"%s", object_getClassName(class_getSuperclass(object_getClass(p1))));  //Person

3. Person实例对象调用setter方法的流程

• 无添加观察者的p2对象，调用setter方法流程

  
  p2对象-setter.png
  

  p2在调用setName:的时候，首先会通过isa指针找到Person类对象，然后在类对象的方法列表中找到setName:方法（缓存列表就不说了），然后在找到方法的实现。

• 添加观察者的p1对象
  上面已经验证了p1对象的isa指针指向的是NSKVONotifying_Person类对象，并且NSKVONotifying_Person是Person的子类。
  所以p1在调用setName:的时候，调用的是NSKVONotifying_Person类对象中的setName:方法。

那究竟NSKVONotifying_Person的setName:方法实现了什么呢？

通过methodForSelector找到方法实现的地址

    NSLog(@"添加观察者前，p1=%p, p2=%p", [p1 methodForSelector:@selector(setName:)], [p2 methodForSelector:@selector(setName:)]);
    
    [p1 addObserver:self forKeyPath:@"name" options:NSKeyValueObservingOptionNew|NSKeyValueObservingOptionOld context:NULL];
    
    NSLog(@"添加观察者后，p1=%p, p2=%p", [p1 methodForSelector:@selector(setName:)], [p2 methodForSelector:@selector(setName:)]);

setter实现.png

通过上面的输出，我们了解到NSKVONotifying_Person类的setter方法转换为Foundation框架的_NSSetObjectValueAndNotify函数。

那么这个框架内部又是怎么实现的呢，我们可以下断点，查看下函数调用栈：

首先通过设置一个观察点，观察属性的变化：

设置一个观察点.png

继续执行，可以看到函数调用栈如下：

函数调用栈.png

在结果发生改变的地方继续下断点调试：

接收方法断点.png

由以上函数调用栈，我们大致可以猜测出，_NSSetObjectValueAndNotify函数内部实现过程如下：

1. -[NSObject(NSKeyValueObservingPrivate) _changeValueForKey:key:key:usingBlock:] 
2. -[NSObject(NSKeyValueObservingPrivate) _changeValueForKeys:count:maybeOldValuesDict:maybeNewValuesDict:usingBlock:] 
3.  -[Person setName:]
4.  NSKeyValueDidChange ()
5.  NSKeyValueNotifyObserver ()
6.  -[ViewController observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:] 

在_NSSetObjectValueAndNotify方法中，会调用willChangeValueForKey，然后调用父类的setName:方法，再调用didChangeValueForKey方法。在didChangeValueForKey中通知属性改变，从而使得observeValueForKeyPath得到消息。

伪代码：

- (void)setName:(NSString *)name
{
    _NSSetObjectValueAndNotify();
}

void _NSSetObjectValueAndNotify(){
    [self willChangeValueForKey:@"name"];
    [super setName:name];
    [self didChangeValueForKey:@"name"];
}

- (void)didChangeValueForKey:(NSString *)key{
  // 通知监听器 key发生了改变
  [observe observeValueForKeyPath:key ofObject:self change:nil context:nil];
}

4. Person和NSKVONotifying_Person内部方法
   利用runtime打印一下各自的方法

• 获取Person类的方法

    unsigned int outCount = 0;
    Method *methods = class_copyMethodList([Person class], &outCount);
    for (int i = 0; i < outCount; ++i) {
        Method method = methods[i];
        NSString *name = NSStringFromSelector(method_getName(method));
        NSLog(@"%@", name);
    }
    free(methods);

打印结果：
2019-07-04 21:37:24.616010+0800 KVODemo[8362:239834] .cxx_destruct
2019-07-04 21:37:24.616119+0800 KVODemo[8362:239834] name
2019-07-04 21:37:24.616222+0800 KVODemo[8362:239834] setName:

• 获取NSKVONotifying_Person类的方法

    unsigned int outCount = 0;
    Method *methods = class_copyMethodList(object_getClass(self.p1), &outCount);
    for (int i = 0; i < outCount; ++i) {
        Method method = methods[i];
        NSString *name = NSStringFromSelector(method_getName(method));
        NSLog(@"%@", name);
    }
    free(methods);

打印结果：
2019-07-04 21:37:24.616425+0800 KVODemo[8362:239834] setName:
2019-07-04 21:37:24.616518+0800 KVODemo[8362:239834] class
2019-07-04 21:37:24.616605+0800 KVODemo[8362:239834] dealloc
2019-07-04 21:37:24.616692+0800 KVODemo[8362:239834] _isKVOA

分析一下NSKVONotifying_Person类重写方法的意义：

• setName:
  实现上面的所说的操作；

• class
  苹果不希望将NSKVONotifying_Person类暴露出来，所以在内部重写了class类，直接返回Person类；
  伪代码大致如下：

- (Class)class
{
    /*
     1.找到类对象；
     2.再通过类对象找到父类；
     */
    return class_getSuperclass(object_getClass(self));
}

• dealloc
  runtime在实例对象添加了KVO之后动态创建了类和一些对象，所以可能会在dealloc中回收这些资源；

• _isKVOA
  是否使用了KVO；

自己创建了一个跟系统生成的中间类一样的类会怎么样？

因为KVO对生成的中间类的格式是有要求的，默认都是以NSKVONotifying_<class>来命名，那如果我们不小心自己创建了一个一样名字的中间类，会怎么样呢？

控制台会输出

2019-07-04 21:52:12.259489+0800 KVODemo[8597:247439] [general] KVO failed to allocate class pair for name NSKVONotifying_Person, automatic key-value observing will not work for this class

无法创建NSKVONotifying_Person类，导致KVO无法使用。

总结

1. 创建一个中间类，默认中间类的格式为NSKVONotifying_<class>，中间类是目标对象的类的子类，目标对象的isa指针指向中间类；
2. 重写setter方法；
3. 重写class方法，返回父类；

over！