iOS KVO原理探究

作者: xianminxiao | 来源:发表于2018-11-27 20:02 被阅读2次

KVO原理探究.jpeg

导语：

KVO全称Key Value Observing，直译为键值观察。KVO 作为 iOS 中一种强大并且有效的机制，为 iOS 开发者们提供了很多的便利；可以使用 KVO 来检测对象属性的变化、快速做出响应，这能够为开发者在开发强交互、响应式应用以及实现视图和模型的双向绑定时提供大量的帮助。

Demo源码见KVODemo，主要从以下5个方面来探究KVO：

KVO基本使用
KVO触发模式
KVO属性依赖
KVO基本原理
KVO容器观察

1. KVO基本使用

1.1 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。需注意调用removeObserver需要在观察者消失之前，否则会导致Crash。

1.2 addObserver方法

在注册观察者时，可以传入下列参数:

Observer参数，观察者对象。
keyPath参数，需要观察的属性。由于是字符串形式，传错容易导致Crash。一般利用系统的反射机制NSStringFromSelector(@selector(keyPath))。
options参数，参数是一个枚举类型。

NSKeyValueObservingOptionNew 接收新值,默认为只接收新值
NSKeyValueObservingOptionOld 接收旧值
NSKeyValueObservingOptionInitial 在注册时立即接收一次回调，在改变时也会发送通知
NSKeyValueObservingOptionPrior 改变之前发一一次，改变之后发-一次
Context参数，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。
注意：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。

1.3 监听回调

观察者需要实现observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:方法，如果没有实现会导致Crash。
里面参数:

keyPath : 监听属性名称
Object : 被观察对象
Change : 字典，字典中存放KVO属性相关的值，根据options时传入的枚举来返回。
Context : 传入进来的上下文，一般在添加观察者时，留下一个入口，用于传值。

Demo如下:

NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN
@interface KVOModel : NSObject
@property (nonatomic, strong) NSString* name;
@end
NS_ASSUME_NONNULL_END

有个class为KVOModel，需要对类中的name属性进行监听

@interface ViewController ()
@property (nonatomic, strong) KVOModel* model;
@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    _model = [KVOModel new];
    // 注册
    [_model addObserver:self forKeyPath:NSStringFromSelector(@selector(name)) options:(NSKeyValueObservingOptionNew) context:nil];
}
/** 监听方法 */
- (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary<NSKeyValueChangeKey,id> *)change context:(void *)context
{
    NSLog(@"%@", change);
}
/** 屏幕touch */
- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{
    static int magicNum;
    _model.name = [NSString stringWithFormat:@"name=%d", magicNum++];
}

运行结果：

2018-11-23 00:47:57.035430+0800 KVODemo[40822:260341] {
    kind = 1;
    new = "name=0";
}
2018-11-23 00:47:58.197815+0800 KVODemo[40822:260341] {
    kind = 1;
    new = "name=1";
}

2. KVO触发模式

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，或想自已实现KVO属性的调用，则可以通过KVO提供的方法进行调用。

@implementation KVOModel
/** 模式调整 */
+ (BOOL)automaticallyNotifiesObserversForKey:(NSString *)key
{
    return NO;  // 改为手动模式
}
@end

这样在ViewController中改name的值不会进到监听方法中，需要手动调用触发，在更改name地方需要做如下处理：

/** 屏幕touch */
- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{
    static int magicNum;
    [_model willChangeValueForKey:NSStringFromSelector(@selector(name))];
    _model.name = [NSString stringWithFormat:@"name=%d", magicNum++];
    [_model didChangeValueForKey:NSStringFromSelector(@selector(name))];
}

手动模式的好处，可能有一种需求在某些情况下在更改value的时候，不需要通知，有的时候需要通知，这个时候就需要手动模式来处理。
如果把上面代码中对model中的name赋值给注视掉，再次去点击屏幕，会发现还是会进到监听方法中，这种情况下，监听方法调不调用与设置name无关，只是和有没有调用方法willChangeValueForKey:和didChangeValueForKey:有关。

3. KVO属性依赖

在开发过程中，model一般不会那么简单，比如KVOModel中有个Person类的属性，要观察Person属性中的属性变化，就不能上面那样方法进行处理，Person类：

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

KVOModel改为如下：

@interface KVOModel : NSObject
@property (nonatomic, strong) NSString* name;
@property (nonatomic, strong) Person* person;
@end

在ViewController注册的时候要做如下处理：

// 注册
[_model addObserver:self forKeyPath:@"person.age" options:(NSKeyValueObservingOptionNew) context:nil];

在Person中只有一个age属性，如果还有其他属性，可以在上面注册代码下加入一样的代码，只是更改person.age值。但是如果是Person中的属性很多很多，每个属性更改都要通知观察者，这样写就比较麻烦，这个时候就要通过属性依赖进行处理。需要重写KVOModel中类方法：

+ (NSSet<NSString *> *)keyPathsForValuesAffectingValueForKey:(NSString *)key
{
    NSSet* keyPaths = [super keyPathsForValuesAffectingValueForKey:key];
    if ([key isEqualToString:@"person"])
    {
        keyPaths = [[NSSet alloc] initWithObjects:@"_person.age", @"_person.name", nil];
    }
    return keyPaths;
}

在ViewController注册，只要监听person属性就可以

[_model addObserver:self forKeyPath:@"person" options:(NSKeyValueObservingOptionNew) context:nil];

这样更改person对象的属性值，都会通知到观察者KVOModel，进入到监听方法。

4. KVO基本原理

KVO是通过观察属性的set方法，但是前面demo中不设置属性值，只要调用willChangeValueForKey:和didChangeValueForKey:两个方法也会触发通知，这个可以通过demo验证，比如说KVOModel中有个成员变量value，直接更改value的值看效果。

@interface KVOModel : NSObject
{
    @public
    int value;
}
@end

注册时keyPath为value，然后去更改值

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{
    static int magicNum;
    _model->value = magicNum++;
}

会发现监听方法没有调用到，KVO实际上还是通过观察属性set的方法达到目的。那如何当调用KVOModel类对象的set方法能够观察到，首先会想到两种方法，一种是分类去设计，另一种是通过继承，子类实现。
分类实现 可以直接在分类中重写属性对应的set方法，然后在分类set方法去通知外部，但是这种会有弊端，有的时候会有种需求，会重写set方法，然后加上自己的业务，如果KVO通过分类实现，就会覆盖掉原来的set方法，业务逻辑就永远调用不到，这种框架设计就会有问题。
子类实现 KVO底层实现通过子类实现，需要以下步骤：

创建一个子类，例如KVOModel，子类名字就会叫做NSKVONotifying_KVOModel。
重写set方法，例如观察name，底层就会重写setName方法。
外界改变isa指针。

可以通过查看KVOModel验证下系统的实现，在KVOModel创建后查看下对应的信息，如下：

KVOModel对象信息.png 调用完addObserver，再次查看KVOModel对象的信息，如下：

KVOModel对象信息.png
isa就会被改为NSKVONotifying_KVOModel，这个肯定是在调用addObserver方法中创建了这个子类，苹果的KVO没有开源，网络上有基于GNU开源的代码，会有共通之处，可以查看参考。
我的另一篇简书文章《自定义KVO》大致根据原理模拟实现了一个简单的KVO。

5. KVO容器观察

如果KVOModel中有个容器属性，这需要怎么观察到容器中数据改动。

@property (nonatomic, strong) NSMutableArray* arrayValue;

同样通过上述注册方法对arrayValue进行观察，然后每次点击屏幕的时候都给arrayValue添加一个元素，如下：

[_model.arrayValue addObject:@"1"];

会发现回调方法不会触发，这个由于KVO观察的是set方法，这边容器是add，所以就不会触发，KVO给开发者提供了mutableArrayValueForKey去拿容器对象，然后再调用add，这个时候就会观察到元素改变：

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{
    NSMutableArray* tmpArray = [_model mutableArrayValueForKey:@"arrayValue"];
    [tmpArray addObject:@"1"];
}

通过打断点，查看tmpArray信息，刚开始定义的时候结构如下：

tmpArray信息.png 通过mutableArrayValueForKey方法获取赋值，再次查看tmpArray的结构信息，如下：

tmpArray信息.png tmpArray类型改变了，很明显是个子类，所以应该是系统在子类中重写了add方法，然后调用willChangeValueForKey:和didChangeValueForKey:两个方法通知外部达到目的。

6. 结尾

苹果的KVO技术给我们提供了方便，但是用不适当，可能就会出现crash，观察Demo中，在初始化地方注册，然后用其他方法来监听，明显是分开的，如果代码量很大的时候，这种方式就比较不好，可读性就比较差点，并且在dealloc的时候，一定要remove监听，必须要一一对应，如果注册多了或者remove多了，都会crash，针对KVO这点缺点，可以对其进行封装，比如RAC（函数式响应式编程）框架，在github中有个开源框架ReactiveCocoa，函数式就是AFN，KVO封装可以结合Block去做，addObserver:forKeyPath:options:context:调用的时候就没有必要传self，因为通过block的时候，就不用根据self去调用监听方法observeValueForKeyPath:ofObject:change:context: 逻辑直接就是调用block，这样也就不用在dealloc的时候去remove观察，很方便使用。

iOS KVO原理探究

导语：

1. KVO基本使用

1.1 使用KVO分为三个步骤：

1.2 addObserver方法

1.3 监听回调

2. KVO触发模式

3. KVO属性依赖

4. KVO基本原理

5. KVO容器观察

6. 结尾

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