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我们在工作中经常会用到
KVO
,但是系统原生的KVO
并不好用,很容易导致Crash
。而且编写代码时,需要编写大量KVO
相关的代码,由于不支持block
的形式,代码会写的很分散。本篇文章对
KVO
的实现原理进行了详细的分析,并且简单的实现了一个KVO
,来当做技术交流。由于系统提供的KVO
存在很多问题,在文章的最下面给出了解决方案。
博客配图
概述
KVO
全称KeyValueObserving
,是苹果提供的一套事件通知机制。允许对象监听另一个对象特定属性的改变,并在改变时接收到事件。由于KVO
的实现机制,所以对属性才会发生作用,一般继承自NSObject
的对象都默认支持KVO
。
KVO
和NSNotificationCenter
都是iOS
中观察者模式的一种实现。区别在于,相对于被观察者和观察者之间的关系,KVO
是一对一的,而一对多的。KVO
对被监听对象无侵入性,不需要修改其内部代码即可实现监听。
KVO
可以监听单个属性的变化,也可以监听集合对象的变化。通过KVC
的mutableArrayValueForKey:
等方法获得代理对象,当代理对象的内部对象发生改变时,会回调KVO
监听的方法。集合对象包含NSArray
和NSSet
。
基础使用
使用KVO
分为三个步骤:
- 通过
addObserver:forKeyPath:options:context:
方法注册观察者,观察者可以接收keyPath
属性的变化事件。 - 在观察者中实现
observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:
方法,当keyPath
属性发生改变后,KVO
会回调这个方法来通知观察者。 - 当观察者不需要监听时,可以调用
removeObserver:forKeyPath:
方法将KVO
移除。需要注意的是,调用removeObserver
需要在观察者消失之前,否则会导致Crash
。
注册方法
在注册观察者时,可以传入options
参数,参数是一个枚举类型。如果传入NSKeyValueObservingOptionNew
和NSKeyValueObservingOptionOld
表示接收新值和旧值,默认为只接收新值。如果想在注册观察者后,立即接收一次回调,则可以加入NSKeyValueObservingOptionInitial
枚举。
还可以通过方法context
传入任意类型的对象,在接收消息回调的代码中可以接收到这个对象,是KVO中的一种传值方式。
在调用addObserver
方法后,KVO
并不会对观察者进行强引用,所以需要注意观察者的生命周期,否则会导致观察者被释放带来的Crash
。
监听方法
观察者需要实现observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:
方法,当KVO
事件到来时会调用这个方法,如果没有实现会导致Crash
。change
字典中存放KVO
属性相关的值,根据options
时传入的枚举来返回。枚举会对应相应key
来从字典中取出值,例如有NSKeyValueChangeOldKey
字段,存储改变之前的旧值。
change
中还有NSKeyValueChangeKindKey
字段,和NSKeyValueChangeOldKey
是平级的关系,来提供本次更改的信息,对应NSKeyValueChange
枚举类型的value
。例如被观察属性发生改变时,字段为NSKeyValueChangeSetting
。
如果被观察对象是集合对象,在NSKeyValueChangeKindKey
字段中会包含NSKeyValueChangeInsertion
、NSKeyValueChangeRemoval
、NSKeyValueChangeReplacement
的信息,表示集合对象的操作方式。
兼容的调用方式
调用KVO
属性对象时,不仅可以通过点语法和set
语法进行调用,KVO
兼容很多种调用方式。
// 直接调用set方法,或者通过属性的点语法间接调用
[account setName:@"Savings"];
// 使用KVC的setValue:forKey:方法
[account setValue:@"Savings" forKey:@"name"];
// 使用KVC的setValue:forKeyPath:方法
[document setValue:@"Savings" forKeyPath:@"account.name"];
// 通过mutableArrayValueForKey:方法获取到代理对象,并使用代理对象进行操作
Transaction *newTransaction = <#Create a new transaction for the account#>;
NSMutableArray *transactions = [account mutableArrayValueForKey:@"transactions"];
[transactions addObject:newTransaction];
实际应用
KVO
主要用来做键值观察操作,想要一个值发生改变后通知另一个对象,则用KVO
实现最为合适。斯坦福大学的iOS
教程中有一个很经典的案例,通过KVO
在Model
和Controller
之间进行通信。
注意点
KVO
的addObserver
和removeObserver
需要是成对的,如果重复remove
则会导致NSRangeException
类型的Crash
,如果忘记remove
则会在观察者释放后再次接收到KVO
回调时Crash
。
苹果官方推荐的方式是,在init
的时候进行addObserver
,在dealloc
时removeObserver
,这样可以保证add
和remove
是成对出现的,是一种比较理想的使用方式。
手动调用KVO
KVO
在属性发生改变时的调用是自动的,如果想要手动控制这个调用时机,或想自己实现KVO
属性的调用,则可以通过KVO
提供的方法进行调用。
- (void)setBalance:(double)theBalance {
if (theBalance != _balance) {
[self willChangeValueForKey:@"balance"];
_balance = theBalance;
[self didChangeValueForKey:@"balance"];
}
}
可以看到调用KVO
主要依靠两个方法,在属性发生改变之前调用willChangeValueForKey:
方法,在发生改变之后调用didChangeValueForKey:
方法。
如果想控制当前对象的自动调用过程,也就是由上面两个方法发起的KVO
调用,则可以重写下面方法。方法返回YES
则表示可以调用,如果返回NO
则表示不可以调用。
+ (BOOL)automaticallyNotifiesObserversForKey:(NSString *)theKey {
BOOL automatic = NO;
if ([theKey isEqualToString:@"balance"]) {
automatic = NO;
}
else {
automatic = [super automaticallyNotifiesObserversForKey:theKey];
}
return automatic;
}
实现原理
KVO
是通过isa-swizzling
技术实现的(这句话是整个KVO
实现的重点)。在运行时根据原类创建一个中间类,这个中间类是原类的子类,并动态修改当前对象的isa
指向中间类。并且将class
方法重写,返回原类的Class
。所以苹果建议在开发中不应该依赖isa
指针,而是通过class
实例方法来获取对象类型。
测试代码
为了测试KVO
的实现方式,我们加入下面的测试代码。首先创建一个KVOObject
类,并在里面加入两个属性,然后重写description
方法,并在内部打印一些关键参数。
@interface KVOObject : NSObject
@property (nonatomic, copy ) NSString *name;
@property (nonatomic, assign) NSInteger age;
@end
@implementation KVOObject
- (NSString *)description {
NSLog(@"object address : %p \n", self);
IMP nameIMP = class_getMethodImplementation(object_getClass(self), @selector(setName:));
IMP ageIMP = class_getMethodImplementation(object_getClass(self), @selector(setAge:));
NSLog(@"object setName: IMP %p object setAge: IMP %p \n", nameIMP, ageIMP);
Class objectMethodClass = [self class];
Class objectRuntimeClass = object_getClass(self);
Class superClass = class_getSuperclass(objectRuntimeClass);
NSLog(@"objectMethodClass : %@, ObjectRuntimeClass : %@, superClass : %@ \n", objectMethodClass, objectRuntimeClass, superClass);
NSLog(@"object method list \n");
unsigned int count;
Method *methodList = class_copyMethodList(objectRuntimeClass, &count);
for (NSInteger i = 0; i < count; i++) {
Method method = methodList[i];
NSString *methodName = NSStringFromSelector(method_getName(method));
NSLog(@"method Name = %@\n", methodName);
}
return @"";
}
在另一个类中分别创建两个KVOObject
对象,其中一个对象被观察者通过KVO
的方式监听,另一个对象则始终没有被监听。在KVO
前后分别打印两个对象的关键信息,看KVO
前后有什么变化。
@property (nonatomic, strong) KVOObject *object1;
@property (nonatomic, strong) KVOObject *object2;
self.object1 = [[KVOObject alloc] init];
self.object2 = [[KVOObject alloc] init];
[self.object1 description];
[self.object2 description];
[self.object1 addObserver:self forKeyPath:@"name" options:NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld context:nil];
[self.object1 addObserver:self forKeyPath:@"age" options:NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld context:nil];
[self.object1 description];
[self.object2 description];
self.object1.name = @"lxz";
self.object1.age = 20;
下面是KVO
前后打印的关键信息,我们在下面做详细分析。
// 第一次
object address : 0x604000239340
object setName: IMP 0x10ddc2770 object setAge: IMP 0x10ddc27d0
objectMethodClass : KVOObject, ObjectRuntimeClass : KVOObject, superClass : NSObject
object method list
method Name = .cxx_destruct
method Name = description
method Name = name
method Name = setName:
method Name = setAge:
method Name = age
object address : 0x604000237920
object setName: IMP 0x10ddc2770 object setAge: IMP 0x10ddc27d0
objectMethodClass : KVOObject, ObjectRuntimeClass : KVOObject, superClass : NSObject
object method list
method Name = .cxx_destruct
method Name = description
method Name = name
method Name = setName:
method Name = setAge:
method Name = age
// 第二次
object address : 0x604000239340
object setName: IMP 0x10ea8defe object setAge: IMP 0x10ea94106
objectMethodClass : KVOObject, ObjectRuntimeClass : NSKVONotifying_KVOObject, superClass : KVOObject
object method list
method Name = setAge:
method Name = setName:
method Name = class
method Name = dealloc
method Name = _isKVOA
object address : 0x604000237920
object setName: IMP 0x10ddc2770 object setAge: IMP 0x10ddc27d0
objectMethodClass : KVOObject, ObjectRuntimeClass : KVOObject, superClass : NSObject
object method list
method Name = .cxx_destruct
method Name = description
method Name = name
method Name = setName:
method Name = setAge:
method Name = age
我们发现对象被KVO
后,其真正类型变为了NSKVONotifying_KVOObject
类,已经不是之前的类了。KVO
会在运行时动态创建一个新类,将对象的isa
指向新创建的类,新类是原类的子类,命名规则是NSKVONotifying_xxx
的格式。KVO
为了使其更像之前的类,还会将对象的class
实例方法重写,使其更像原类。
在上面的代码中还发现了_isKVOA
方法,这个方法可以当做使用了KVO
的一个标记,系统可能也是这么用的。如果我们想判断当前类是否是KVO
动态生成的类,就可以从方法列表中搜索这个方法。
重写setter方法
KVO调用栈KVO
会重写keyPath
对应属性的setter
方法,没有被KVO
的属性则不会重写其setter
方法。在重写的setter
方法中,修改值之前会调用willChangeValueForKey:
方法,修改值之后会调用didChangeValueForKey:
方法,这两个方法最终都会被调用到observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:
方法中。
object_getClass
为什么上面调用runtime
的object_getClass
函数,就可以获取到真正的类呢?
调用object_getClass
函数后其返回的是一个Class
类型,Class
是objc_class
定义的一个typedef
别名,通过objc_class
就可以获取到对象的isa
指针指向的Class
,也就是对象的类对象。
由此可以推测,object_getClass
函数内部返回的是对象的isa
指针。
typedef struct objc_class *Class;
struct objc_class {
Class _Nonnull isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#if !__OBJC2__
Class _Nullable super_class OBJC2_UNAVAILABLE;
const char * _Nonnull name OBJC2_UNAVAILABLE;
long version OBJC2_UNAVAILABLE;
long info OBJC2_UNAVAILABLE;
long instance_size OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_ivar_list * _Nullable ivars OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_method_list * _Nullable * _Nullable methodLists OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_cache * _Nonnull cache OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_protocol_list * _Nullable protocols OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
}
缺点
苹果提供的KVO
自身存在很多问题,首要问题在于,KVO
如果使用不当很容易崩溃。例如重复add
和remove
导致的Crash
,Observer
被释放导致的崩溃,keyPath
传错导致的崩溃等。
在调用KVO
时需要传入一个keyPath
,由于keyPath
是字符串的形式,所以其对应的属性发生改变后,字符串没有改变容易导致Crash
。我们可以利用系统的反射机制将keyPath
反射出来,这样编译器可以在@selector()
中进行合法性检查。
NSStringFromSelector(@selector(isFinished))
KVO
是一种事件绑定机制的实现,在keyPath
对应的值发生改变后会回调对应的方法。这种数据绑定机制,在对象关系很复杂的情况下,很容易导致不好排查的bug
。例如keyPath
对应的属性被调用的关系很复杂,就不太建议对这个属性进行KVO
,可以想一下RAC
的信号脑补一下。
自己实现KVO
除了上面的缺点,KVO
还不支持block
语法,需要单独重写父类方法,这样加上add
和remove
方法就会导致代码很分散。所以,我通过runtime
简单的实现了一个KVO
,源码放在我的Github
上,叫做EasyKVO。
self.object1 = [[KVOObject alloc] init];
[self.object1 lxz_addObserver:self originalSelector:@selector(name) callback:^(id observedObject, NSString *observedKey, id oldValue, id newValue) {
// callback
}];
self.object1.name = @"lxz";
[self.object1 lxz_removeObserver:self originalSelector:@selector(name)];
调用代码很简单,直接通过lxz_addObserver:originalSelector:callback:
方法就可以添加KVO
的监听,可以通过callback
的block
接收属性发生改变后的回调,而且方法的keyPath
接收的是一个SEL
类型参数,所以可以通过@selector()
传入参数时进行方法合法性检查,如果是未实现的方法直接就会报警告。
通过lxz_removeObserver:originalSelector:
方法传入观察者和keyPath
,当观察者所有keyPath
都移除后则从KVO
中移除观察者对象。
如果重复addObserver
和removeObserver
也没事,内部有判断逻辑。EasyKVO
内部通过weak
对观察者做引用,并不会影响观察者的生命周期,并且在观察者释放后不会导致Crash
。一次add
方法调用对应一个block
,如果观察者监听多个keyPath
属性,不需要在block
回调中判断keyPath
。
注意
需要注意的是,EasyKVO
只是做技术交流,不建议在项目中使用。因为KVO
实现需要考虑很多情况,继承关系、多个观察者等很多问题。
KVOController
想在项目中安全便捷的使用KVO
的话,推荐Facebook
的一个KVO
开源第三方框架-KVOController。KVOController
本质上是对系统KVO
的封装,具有原生KVO
所有的功能,而且规避了原生KVO
的很多问题,兼容block
和action
两种回调方式。
源码分析
从源码来看还是比较简单的,主要分为NSObject
的Category
和FBKVOController
两部分。
在Category
中提供了KVOController
和KVOControllerNonRetaining
两个属性,顾名思义第一个会对observer
产生强引用,第二个则不会。其内部代码就是创建FBKVOController
对象的代码,并将创建出来的对象赋值给Category
的属性,直接通过这个Category
就可以懒加载创建FBKVOController
对象。
- (FBKVOController *)KVOControllerNonRetaining
{
id controller = objc_getAssociatedObject(self, NSObjectKVOControllerNonRetainingKey);
if (nil == controller) {
controller = [[FBKVOController alloc] initWithObserver:self retainObserved:NO];
self.KVOControllerNonRetaining = controller;
}
return controller;
}
FBKVOController部分
在FBKVOController
中分为三部分,_FBKVOInfo
是一个私有类,这个类的功能很简单,就是以结构化的形式保存FBKVOController
所需的各个对象,类似于模型类的功能。
还有一个私有类_FBKVOSharedController
,这是FBKVOController
框架实现的关键。从命名上可以看出其是一个单例,所有通过FBKVOController
实现的KVO
,观察者都是它。每次通过FBKVOController
添加一个KVO
时,_FBKVOSharedController
都会将自己设为观察者,并在其内部实现observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:
方法,将接收到的消息通过block
或action
进行转发。
其功能很简单,通过observe:info:
方法添加KVO
监听,并用一个NSHashTable
保存_FBKVOInfo
信息。通过unobserve:info:
方法移除监听,并从NSHashTable
中将对应的_FBKVOInfo
移除。这两个方法内部都会调用系统的KVO
方法。
在外界使用时需要用FBKVOController
类,其内部实现了初始化以及添加和移除监听的操作。在调用添加监听方法后,其内部会创建一个_FBKVOInfo
对象,并通过一个NSMapTable
对象进行持有,然后会调用_FBKVOSharedController
来进行注册监听。
使用FBKVOController
的话,不需要手动调用removeObserver
方法,在被监听对象消失的时候,会在dealloc
中调用remove
方法。如果因为业务需求,可以手动调用remove
方法,重复调用remove
方法不会有问题。
- (void)_observe:(id)object info:(_FBKVOInfo *)info
{
NSMutableSet *infos = [_objectInfosMap objectForKey:object];
_FBKVOInfo *existingInfo = [infos member:info];
if (nil != existingInfo) {
return;
}
if (nil == infos) {
infos = [NSMutableSet set];
[_objectInfosMap setObject:infos forKey:object];
}
[infos addObject:info];
[[_FBKVOSharedController sharedController] observe:object info:info];
}
因为FBKVOController
的实现很简单,所以这里就很简单的讲讲,具体实现可以去Github下载源码仔细分析一下。
网友评论
在移除的时候,系统会判断当前KVO的key是否已经被移除,如果已经被移除,则主动抛出一个NSException的异常。
上面的这些,从KVO的崩溃堆栈中都可以看出来。