iOS中KVO的底层实现原理

在开发中我们经常使用addObserver:forKeyPath:options:context:方法来观察类的某个属性的改变，然后在observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:方法中监听改变的回调，其底层的实现原理大致如下：

• 利用Runtime动态的生成一个子类，类名是NSKVONotifying_为前缀。
• 苹果为了隐藏KVO的实现，重写了子类class方法，返回的是父类的类对。
• 重写了被监听属性的setter方法，这是实现KVO的关键，其实内部调用了Foundation框架下的_NSSet***ValueAndNotify方法，看具体监听属性的类型是什么，方法的调用名略有区别，这个方法的实现是KVO的核心，其大致实现逻辑如下：
  • 调用- (void)willChangeValueForKey:(NSString *)key方法表明属性即将发生改变。
  • 调用父类原来的setter方法的实现。
  • 调用- (void)didChangeValueForKey:(NSString *)key方法表明属性已改变，其中这个方法里面会调用observeValueForKeyPath: ofObject: change: context:方法告知父类监听的属性发生了改变。

上面只是大致了说了下底层的实现流程，其实当然还有一些其他的善后工作要做，这里我们不在深入研究，有兴趣的可以利用查看源码并用Runtime打印监听前后类的方法列表以及实现进行跟踪验证。

自定义KVO的实现

上面已经简要介绍了KVO的实现原理，现在我们仿照上面的原理自己写一个KVO的实现，也大致分为以下几个步骤：

• 动态生成一个子类。
• 重写setter方法，在方法中，调用super的setter实现，并通知观察者。

首先定义一个NSObject(KVO)的分类，然后仿照苹果一样定义一个- (void)wy_addObserver:(NSObject *)observer forKeyPath:(NSString *)keyPath options:(NSKeyValueObservingOptions)options context:(nullable void *)context方法来监听属性，方法的具体实现如下：

- (void)wy_addObserver:(NSObject *)observer forKeyPath:(NSString *)keyPath options:(NSKeyValueObservingOptions)options context:(nullable void *)context{
   //1.利用 runtime，动态生成一个类
   //1.1 创建self的子类
    NSString *oldClassName = NSStringFromClass([self class]);
    NSString *newClassName = [@"wykvo_" stringByAppendingString:oldClassName];
    const char *newName = [newClassName UTF8String];
    //创建一个类的class
    Class MyClass = objc_allocateClassPair([self class], newName, 0);
    //注册类
    objc_registerClassPair(MyClass);
    //2.添加一个set方法
    class_addMethod(MyClass, @selector(setName:), (IMP)setName, "v@:@");
    //3.改变isa指针（这个好像不利于把方法写成活的，采用方法交换可能更好）
    object_setClass(self, MyClass);
    //4.保存观察者对象
    objc_setAssociatedObject(self, @"objc", observer, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC); 
}

首先利用Runtime的objc_allocateClassPair方法来动态生成一个子类，并添加一个setName的方法，并改变isa指针的指向为新生成的子类，同时利用关联对象为分类添加一个objc的属性保存着观察者对象以便后面通知观察者属性发生了改变。

这里有几个点需要注意，由于这里只是简单的模拟name属性的改变，所以set属性的方法名是写死的，实际上应该根据keypath来动态确定，这里不在深入；为了实现当调用set方法能调用到新类的set方法上，采用了改变isa的指针来实现，这样在调用时会根据isa的指向找到新类的实现；同时由于分类中需要保存观察者，由于分类是不能添加属性的，这里采用了关联对象来保存观察者对象。

void setName(id self,SEL _cmd,NSString *newName){
    //调用父类的set方法，需要在build打开容许消息机制
    //保存子类类型
    id class = [self class];
    //改变self的isa指针
    object_setClass(self, class_getSuperclass(class));
    ((void (*)(id, SEL, NSString *))objc_msgSend)(self, @selector(setName:), newName);
    //拿到通知观察者
    id objc = objc_getAssociatedObject(self, @"objc");
    // 通知观察者
    ((void (*)(id, SEL, id, NSString *, id, void *))objc_msgSend)(objc, @selector(observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:),self,@"name",nil,nil);
    //改回子类类型
    object_setClass(self, class);
}

在setName的实现中，由于需要首先调用原来的set实现，所以再次将isa指针指向原来的被观察对象，同时利用objc_msgSend消息发送机制调用set方法，这样会根据isa指针首先找到观察类的set实现，然后通过关联对象拿到观察者，利用objc_msgSend调用相应的方法完成通知。

注意点

在使用KVO的过程中，判断某个属性设置会不会触发KVO需要看是否调用了set方法，比如如果直接对成员变量进行赋值则不会触发KVO机制，比如Person类里面一个dog对象属性，dog类有个name属性吗，当我们监听dog属性时，如何用person.dog.name对dog的name进行赋值时则不会调用dog的set方法，是不会触发KVO的，但是可以手动在person.dog.name的前后调用上面提到的willChangeValueForKey和didChangeValueForKey方法来触发KVO机制。

总结

根据KVO的底层的实现原理，利用Runtime的消息机制，isa指针和关联对象等相关底层知识模仿实现了KVO实现，这有助于进一步理解底层KVO的实现原理，并加深对Runtime的相关知识的理解。