KVO底层实现原理

KVO基本使用

KVO全名Key Value Observing，监听属性的改变。

首先来看一下KVO的基本用法。

定义DPLPerson类，添加age属性。

// DPLPerson.h
#import <Foundation/Foundation.h>
NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN
@interface DPLPerson : NSObject
@property (nonatomic, assign) int age;
@end
NS_ASSUME_NONNULL_END

// DPLPerson.m
#import "DPLPerson.h"
@implementation DPLPerson
@end

创建两个DPLPerson实例，为person1的age属性添加属性监听。

self.person1 = [[DPLPerson alloc] init];
self.person1.age = 1;
    
self.person2 = [[DPLPerson alloc] init];
self.person2.age = 2;
    
[self.person1 addObserver:self forKeyPath:@"age" options:NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld context:nil];

点击屏幕时，改变两个实例的age属性值。

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    self.person1.age = 11;
    self.person2.age = 22;
}

实现KVO监听方法。

- (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary<NSKeyValueChangeKey,id> *)change context:(void *)context {
    NSLog(@"监听到%@的%@属性发生了改变 --- %@", object, keyPath, change);
}

在对象释放时，将监听移除

- (void)dealloc {
    [self.person1 removeObserver:self forKeyPath:@"age"];
}

当我们点击屏幕时，控制打印。

监听到<DPLPerson: 0x6000031f2cd0>的age属性发生了改变 --- {
    kind = 1;
    new = 11;
    old = 1;
}

以上就是KVO的基本使用。

KVO底层实现

KVO时怎样监听属性值改变的呢？

我们同时修改了person1和person2的age属性，只有person1的age属性值的改变触发了KVO，我们来看一下添加监听前后，两个实例对象发生了什么变化。
在添加监听前后分别打印一下person1和person2的类对象。

NSLog(@"添加KVO之前 --- %@ %@", object_getClass(self.person1), object_getClass(self.person2));
[self.person1 addObserver:self forKeyPath:@"age" options:NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld context:nil];
NSLog(@"添加KVO之后 --- %@ %@", object_getClass(self.person1), object_getClass(self.person2));

打印

添加KVO之前的类 --- person1:DPLPerson, person2:DPLPerson
添加KVO之后的类 --- person1:NSKVONotifying_DPLPerson, person2:DPLPerson

可以看到，为person1添加监听之后，person1的类对象变成了NSKVONotifying_DPLPerson，这并不是我们创建的，而是系统在运行时为DPLPerson创建的子类，可以通过之前文章中提到的方式，来验证一下NSKVONotifying_DPLPerson和DPLPerson的关系。

struct dpl_objc_class {
    Class isa;
    Class superclass;
};
NSLog(@"添加KVO之后的地址 --- person1Class:%p, person1SuperClss:%p, person2Class:%p", object_getClass(self.person1), person1SuperClass->superclass, object_getClass(self.person2));

控制台打印如下

添加KVO之后的地址 --- person1Class:0x600000379dd0, person1SuperClss:0x10be3f068, person2Class:0x10be3f068

可以看到person1的类对象，也就是NSKVONotifying_DPLPerson类对象的superclass指针，指向的就是DPLPerson类的地址，也就是说NSKVONotifying_DPLPerson继承自DPLPerson类。

我们知道，为属性赋值实际上就是调用-set:方法，在为person1设置属性监听之后，person1的isa指针发生了变化，不再指向DPLPerson类，而是指向了NSKVONotifying_DPLPerson类。
也就是说，如果在NSKVONotifying_DPLPerson类中，重写-setAge:方法，并在-setAge:方法中调用监听方法-observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:方法就可以实现对属性的监听。

我们可以通过代码来验证一下。使用运行时函数，打印NSKVONotifying_DPLPerson类中的方法。

// 打印类中的方法
- (void)printMethodsWithClass:(Class)cls {
    unsigned int count;
    Method *methodList = class_copyMethodList(cls, &count);
    for (int i = 0; i < count; i++) {
        Method method = methodList[i];
        NSString *methodName = NSStringFromSelector(method_getName(method));
        NSLog(@"%@", methodName);
    }

    free(methodList);
}

// 在设置KVO之后调用
[self printMethodsWithClass:object_getClass(self.person1)];

打印

setAge:
class
dealloc
_isKVOA

可以看到NSKVONotifying_DPLPerson类确实重写了-setAge:方法。

我们可以打印出NSKVONotifying_DPLPerson类中-setAge:的方法指针，看一下它里面具体调用了什么方法。

NSLog(@"添加KVO之后 --- %p", [self.person1 methodForSelector:@selector(setAge:)]);
NSLog(@"断点需要");

在断点需要处打个断点，控制台打印方法的IMP（方法）指针。

2019-02-25 18:20:55.092328+0800 kvo01[2456:1339986] 添加KVO之后 --- 0x104ceacf2
(lldb) p (IMP)0x104ceacf2
(IMP) $0 = 0x0000000104ceacf2 (Foundation`_NSSetIntValueAndNotify)

可以看到-setAge方法中调用了Foundtion框架中的_NSSetIntValueAndNotify方法。

Foundtion框架中_NSSetXXXValueAndNotify系列方法，是实现KVO对关键。
其中XXX取决于被监听属性的类型。本例中age为int类型，所以会调用_NSSetIntValueAndNotify方法；如果被监听属性为Double类型，那么将会调用_NSSetDoubleValueAndNotify方法，以此类推。

NSKVONotifying_DPLPerson内部setAge方法实现

这里我们可以给出NSKVONotifying_DPLPerson内部的大概实现的伪代码

#import "NSKVONotifying_DPLPerson.h"

@implementation NSKVONotifying_DPLPerson

- (void)setAge:(int)age {
    // 调用Foundtion中_NSSetXXXValueAndNotify系列方法
    _NSSetIntValueAndNotify(age);
}

void _NSSetIntValueAndNotify(int age) {
    // 先调用对象的willChangeValueForKey
    [self willChangeValueForKey:@"age"];
    // 调用父类的set方法，修改属性值
    [super setAge:age];
    // 修改属性值之后，调用对象的didChangeValueForKey
    [self didChangeValueForKey:@"age"];
}

- (void)didChangeValueForKey:(NSString *)key {
    // 调用-observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:方法，通知属性改变
    [observer observeValueForKeyPath:key ofObject:self change:change context:context];
}

@end

NSKVONotifying_DPLPerson内部其他方法实现

从上面的打印可以看到，NSKVONotifying_DPLPerson内部除了重写了父类的set方法，还重写了class方法，并且实现了dealloc和_isKVOA方法。

在添加监听之后，调用class方法来看一下person1的类型

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

打印

添加KVO之后 --- DPLPerson

person1的isa指针明明已经指向的是NSKVONotifying_DPLPerson，而class方法却依然返回DPLPerson，可见其内部重写了class方法，并且返回其父类。
这样做了原因就是为了隐藏NSKVONotifying_DPLPerson类的存在，让开发者忽略这个类的存在。

dealloc用于处理运行时创建这个类的销毁。

_isKVOA返回YES

手动触发KVO

有时候我们不改变属性值，依然想要触发KVO监听，那么我们该怎么做呢？

前面已经给出了整个KVO底层的实现

• 运行时创建子类
• 重写set方法，调用_NSSetXXXValueAndNotify
• willChangeValueForKey
• 调用父类set方法为属性赋值
• didChangeValueForKey
• 调用监听方法

想要手动出发KVO，只要调用willChangeValueForKey和didChangeValueForKey这两个方法就可以了。

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    [self.person1 willChangeValueForKey:@"age"];
    [self.person1 didChangeValueForKey:@"age"];
}

当我们点击屏幕时，即使没有修改属性值，同样会触发监听方法。

监听到<DPLPerson: 0x6000028b2f70>的age属性发生了改变 --- {
    kind = 1;
    new = 1;
    old = 1;
}