KVO实现原理

• 什么是 KVO
• KVO 基本使用
• KVO 的本质
• 总结

一 、 什么是KVO

KVO（Key-Value Observing）键值监听，是OC对观察者模式的实现。当被观察对象的某个属性发生变化时，观察者对象会获得通知。

二 、 KVO基本使用

使用KVO分三个步骤：

• 注册观察者，实施监听
  • 通过adObserver:forKeyPath:context:方法注册观察者，观察者可以接受keyPath属性的变化事件
• 观察者实现回调方法，处理属性发生的变化
  • 在观察者中实现observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:方法
• 移除观察者
  • 当观察者不需要监听时，调用removeObserver:forKeyPath:方法移除KVO；调用removeObserver需要在观察者消失之前，否则会导致crash

@interface DJTPerson : NSObject
@property (nonatomic, assign)int age;
@end

@implementation ViewController
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    DJTPerson *person1 = [[DJTPerson alloc] init];
    DJTPerson *person2 = [[DJTPerson alloc] init];
    person1.age = 1;
    person1.age = 2;
    // 添加观察者
    [person1 addObserver:self forKeyPath:@"age" options:NSKeyValueObservingOptionNew |NSKeyValueObservingOptionOld context:nil];
    person1.age = 10;
    person1.age = 2;
    // 移除观察者
    [person1 removeObserver:self forKeyPath:@"age"];
}
// KVO回调方法
- (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary<NSKeyValueChangeKey,id> *)change context:(void *)context
{
    NSLog(@"%@对象的%@属性改变了，change字典为：%@",object,keyPath,change);
    NSLog(@"属性新值为：%@",change[NSKeyValueChangeNewKey]);
    NSLog(@"属性旧值为：%@",change[NSKeyValueChangeOldKey]);
}
@end

打印结果：

<DJTPerson: 0x600001e6eda0\>对象的`age`属性改变了，`change`字典为：{
    kind = 1;
    new = 10;
    old = 1;
}
属性新值为：10
属性旧值为：1

三、 KVO的本质

Key-Value Observing Programming Guide

KVO的实现依赖于Objective-C强大的Runtime，从Apple官方文档解释来看，被观察对象的isa指针会指向一个中间类，而不是原来真正的类，Apple并不希望暴露更多KVO实现细节。
在上面代码中，person1添加了键值监听，person2没有，而给两个实例对象的age赋值实质是调用了set方法，我们在DJTPerson类中重写set方法

存在疑问：
既然改变person的age值其实是调用setAge:方法，那person1和person2都调用同一个方法，按理说执行的都是相同代码，为什么person1改变age会跑到observeValueForKeyPath:方法里呢？它是怎么通知的呢？

@interface DJTPerson : NSObject
@property (assign, nonatomic) int age;
@end

@implementation DJTPerson
- (void)setAge:(int)age
{
    _age = age;
}
@end

本质分析：既然方法调用是一样的，说明问题是出现在person1对象本身；在touchesBegan:方法中，设置person1和person2的age值，断点调试并查看person1 和 person2 的 isa 指针内容，person1和person2都是实例对象，它们的isa指向对应的类对象，打印结果显示person1的类对象发生了改变，变成NSKVONotifying_DJTPerson，而不是DJTPerson。

对比isa

NSKVONotifying_DJTPerson是如何来的呢？
其实它是在person1添加KVO后由Runtime动态创建的一个类，并且是DJTPerson的子类：

下面给出使用KVO和未使用KVO监听的对象变化：

• 未使用KVO监听的对象：
  

  未使用KVO

• 使用了KVO监听的对象：

使用了KVO

从上图看出：person1改变age的值，先通过isa找到类对象NSKVONotifying_DJTPerson，调用这个类对象的setAge:方法NSKVONotifying_DJTPerson的setAge:方法中会调用 Foudation的_NSSetIntValueAndNotify() , 在这个函数中会做下面三件事情：

1 [self willChangeValueForKey:@"age"];
2 [super setAge:age];
3 [self didChangeValueForKey:@"age"];

而在didChangeValueForKey:函数中，会通知监听器，某某属性发生了改变：

[observer observeValueForKeyPath:ofObject:change:context];

如果自己实现这个子类，伪代码如下：

@interface NSKVONotifying_DJTPerson : DJTPerson
@end

@implementation NSKVONotifying_DJTPerson
// 重写父类setAge方法
- (void)setAge:(int)age
{
    _NSSetIntValueAndNotify();
}

// 伪代码
void _NSSetIntValueAndNotify()
{
    [self willChangeValueForKey:@"age"];
    //调用父类setAge方法
    [super setAge:age];
    [self didChangeValueForKey:@"age"];
}

- (void)didChangeValueForKey:(NSString *)key
{
    // 通知监听器，某某属性值发生了改变
    [oberser observeValueForKeyPath:key ofObject:self change:nil context:nil];
}
@end

person2对象改变age的值，由于它没有使用KVO，它的isa指针指向DJTPerson类对象，所以直接调用DJTPerson中的setAge:方法。

本质验证

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    self.person1 = [[DJTPerson alloc] init];
    self.person1.age = 1;

    self.person2 = [[DJTPerson alloc] init];
    self.person2.age = 2;
    
    NSLog(@"person1添加KVO监听之前 - %@ %@",
          object_getClass(self.person1),
          object_getClass(self.person2)
          );
    
    NSLog(@"person1添加KVO监听之前 - %p %p",
          [self.person1 methodForSelector:@selector(setAge:)],
          [self.person2 methodForSelector:@selector(setAge:)]
          );
    
    // 给person1对象添加KVO监听
    NSKeyValueObservingOptions options = NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld;
    [self.person1 addObserver:self forKeyPath:@"age" options:options context:@"123"];
    
    NSLog(@"person1添加KVO监听之后 - %@ %@",
          object_getClass(self.person1),
          object_getClass(self.person2)
          );
    NSLog(@"person1添加KVO监听之后 - %p %p",
          [self.person1 methodForSelector:@selector(setAge:)],
          [self.person2 methodForSelector:@selector(setAge:)]
          );
    
    
    NSLog(@"类对象 - %@ %@",
          object_getClass(self.person1),
          object_getClass(self.person2)
          );
    NSLog(@"元类对象 - %@ %@",
          object_getClass(object_getClass(self.person1)),
          object_getClass(object_getClass(self.person2))
          );
}

打印结果为：

断点调试并通过p命令在控制台打印方法地址内容，可以看到在添加KVO监听之前是调用的[DJTPerson setAge:]方法，而添加监听之后，调用的是Foundation框架的_NSSetIntValueAndNotify函数；

再打印一下person1和person2的类方法名：

- (void)printMethodNamesOfClass:(Class)cls
{
    unsigned int count;
    // 获得方法数组
    Method *methodList = class_copyMethodList(cls, &count);
    
    // 存储方法名
    NSMutableString *methodNames = [NSMutableString string];
    
    // 遍历所有的方法
    for (int i = 0; i < count; i++) {
        // 获得方法
        Method method = methodList[i];
        // 获得方法名
        NSString *methodName = NSStringFromSelector(method_getName(method));
        // 拼接方法名
        [methodNames appendString:methodName];
        [methodNames appendString:@", "];
    }
    // 释放
    free(methodList);
    // 打印方法名
    NSLog(@"%@ %@", cls, methodNames);
}

[self printMethodNamesOfClass:object_getClass(self.person1)];
[self printMethodNamesOfClass:object_getClass(self.person2)];

打印结果为：

发现 NSKVONotifying_DJTPerson 还重写了class方法，我们打印

NSLog(@"person1添加KVO监听之后 - %@ %@",
          [self.person1 class],
          [self.person2 class]
          );

打印结果为：

发现都是DJTPerson，这是Apple做的一层包装，不想把底层实现暴露给开发者，而调用runtime中object_getClass(self.person1)看到的才是它真正所属的类。

四、总结：

KVO的本质

• 利用Runtime API动态生成一个子类，并且让instance对象的isa指向这个全新的子类
• 当修改instance对象的属性时，会调用Foundation的_NSSetXXXValueAndNotify函数(本文中XXX=Int)
• willChangeValueForKey:
• 父类原来的setter
• didChangeValueForKey:
• 内部会触发监听器(Observer)的监听方法(observeValueForKeyPath:ofObject:change:context)

直接修改成员变量会触发KVO吗？

• 不会触发KVO，因为没有调用set方法，或者说没有调用willChangeValueForKey:和didChangeValueForKey:

如何手动触发KVO

• 手动调用willChangeValueForKey:和didChangeValueForKey: