刨根問底KVO原理

iOS開發 · 發表 2018-10-15 22:52:00

摘要：介紹 KVO(NSKeyValueObserving )是一種監測物件屬性值變化的觀察者模式機制。其特點是無需事先修改被觀察者程式碼，利用runtime 實現執行中修改某一例項達到目的，保證了未侵入性。 A物件指定觀察B物件的屬性後，當屬性發生變更，A物件會收到通...

介紹

KVO(NSKeyValueObserving )是一種監測物件屬性值變化的觀察者模式機制。其特點是無需事先修改被觀察者程式碼，利用runtime 實現執行中修改某一例項達到目的，保證了未侵入性。

A物件指定觀察B物件的屬性後，當屬性發生變更，A物件會收到通知，獲取變更前以及變更的狀態，從而做進一步處理。

在實際生產環境中，多用於應用層觀察模型層資料變動，接收到通知後更新，從而達成比較好的設計模式。

另一種常用的用法是Debug ，通過觀察問題屬性的變化，追蹤問題出現的堆疊，更有效率的解決問題。

應用

觀察回撥

- (void)observeValueForKeyPath:(nullable NSString *)keyPath 
ofObject:(nullable id)object 
change:(nullable NSDictionary<NSKeyValueChangeKey, id> *)change 
context:(nullable void *)context;

觀察者需要實現這個方法來接受回撥，其中keyPath 是KVC 路徑，object 是觀察者，context 區分不同觀察的標識。

改變字典

最關鍵的是改變字典，其中包含了NSKeyValueChangeKey ，通過預定義的字串來獲取特定的數值。

typedef NSString * NSKeyValueChangeKey NS_STRING_ENUM;

FOUNDATION_EXPORT NSKeyValueChangeKey const NSKeyValueChangeKindKey;
FOUNDATION_EXPORT NSKeyValueChangeKey const NSKeyValueChangeNewKey;
FOUNDATION_EXPORT NSKeyValueChangeKey const NSKeyValueChangeOldKey;
FOUNDATION_EXPORT NSKeyValueChangeKey const NSKeyValueChangeIndexesKey;
FOUNDATION_EXPORT NSKeyValueChangeKey const NSKeyValueChangeNotificationIsPriorKey

NSKeyValueChangeKindKey 中定義的是改變的型別，如果呼叫的是Setter 方法，那就是NSKeyValueChangeSetting 。

剩餘的三種分別是插入、刪除、替換，當觀察的屬性屬於集合類（這點會在之後講），變動時就會通知這些型別。

typedef NS_ENUM(NSUInteger, NSKeyValueChange) {
NSKeyValueChangeSetting = 1,
NSKeyValueChangeInsertion = 2,
NSKeyValueChangeRemoval = 3,
NSKeyValueChangeReplacement = 4,
};

NSKeyValueChangeNewKey 獲取變更的最新值，NSKeyValueChangeOldKey 獲取原始數值。

NSKeyValueChangeIndexesKey 如果觀察的是集合，那這個鍵值返回索引集合。

NSKeyValueChangeNotificationIsPriorKey 如果設定了接受提前通知，那麼修改之前會先發送通知，修改後再發一次。為了區分這兩次，第一次會帶上這個鍵值對，其內容為@1 。

字串列舉

在註冊型別時，蘋果使用了NS_STRING_ENUM 巨集。

雖然這個巨集在ObjC 下毫無作用，但是對於Swift 有優化

，上面的定義會變成這樣。

enum NSKeyValueChangeKey: String { 
case kind
case new
case old
case indexes 
case notificationIsPrior
}
let dict: [NSKeyValueChangeKey : Any] = [......]
let kind = dict[.kind] as! Number

字串列舉對於使用來說是非常直觀和安全的。

新增與刪除

對於普通物件，使用這兩個方法就能註冊與登出觀察。

- (void)addObserver:(NSObject *)observer 
forKeyPath:(NSString *)keyPath 
options:(NSKeyValueObservingOptions)options 
context:(nullable void *)context;

- (void)removeObserver:(NSObject *)observer 
forKeyPath:(NSString *)keyPath 
context:(nullable void *)context;

可以設定多種觀察模式來匹配需求。

typedef NS_OPTIONS(NSUInteger, NSKeyValueObservingOptions) {
//可以收到新改變的數值
NSKeyValueObservingOptionNew = 0x01,
//可以收到改變前的數值
NSKeyValueObservingOptionOld = 0x02,
//addObserver後立刻觸發通知，只有new，沒有old
NSKeyValueObservingOptionInitial = 0x04,
//會在改變前與改變後傳送兩次通知
//改變前的通知帶有notificationIsPrior=@1，old
NSKeyValueObservingOptionPrior = 0x08
};

由於不符合KVC 的訪問器標準，蘋果規定NSArray NSOrderedSet NSSet 不可以執行addObserver 方法，不然會丟擲異常。針對NSArray 有特殊的方法，如下

- (void)addObserver:(NSObject *)observer 
 toObjectsAtIndexes:(NSIndexSet *)indexes 
forKeyPath:(NSString *)keyPath 
options:(NSKeyValueObservingOptions)options 
context:(nullable void *)context;

- (void)removeObserver:(NSObject *)observer 
fromObjectsAtIndexes:(NSIndexSet *)indexes 
forKeyPath:(NSString *)keyPath 
context:(nullable void *)context;

主要的區別在於多了一個ObjectsAtIndexes ，其實做的事情是一樣的，根據索引找到物件，再逐一建立觀察關係。

原理

Runtime

NSKeyValueObserving 與NSKeyValueCoding 一起定義在Foundation 庫，而這個庫是不開源的，我們先從蘋果開發者文件中獲取資訊。

Automatic key-value observing is implemented using a technique called isa-swizzling.

看描述猜測蘋果應該是通過重新設定被觀察者的Class (isa 中包含Class 資訊)，該類繼承了原類並且過載屬性的Setter 方法，添加發通知的操作達到目的。

@interface ConcreteSubject : NSObject
@property (nonatomic, strong) id obj;
@end

ConcreteSubject *sub = [ConcreteSubject new];

NSLog(@"%s", class_getName(object_getClass(sub)));
//改變前 outprint--> ConcreteSubject

[sub addObserver:self forKeyPath:@"obj" options:NSKeyValueObservingOptionNew context:nil];
//執行觀察方法

NSLog(@"%s", class_getName(object_getClass(sub)));
//改變後 outprint--> NSKVONotifying_ConcreteSubject
NSLog(@"%s", class_getName(object_getClass(class_getSuperclass(cls))));
//獲取超類名 outprint--> ConcreteSubject

NSLog(@"%s", class_getName(sub.class));
//獲取類名 outprint--> ConcreteSubject

class_getMethodImplementation(cls, @selector(setObj:));
//imp = (IMP)(Foundation`_NSSetObjectValueAndNotify)

class_getMethodImplementation(cls, @selector(class));
//imp = (IMP)(Foundation`NSKVOClass)

試了一下果然Class 被替換了，變成加了NSKVONotifying_ 字首的新類。

新類繼承自原類，但是這個類的class 方法返回的還是原類，這保證了外部邏輯完整。

反編譯原始碼

通過Runtime ，我們只能知道KVO 使用了一個繼承了原類的類，並且替換了原方法的實現，setObj: = _NSSetObjectValueAndNotify class = _NSKVOClass 。如果我們想進一步瞭解詳情，只能通過反編譯Foundation 來查詢彙編程式碼。

這裡我使用了Hopper 工具，分析的二進位制檔案路徑是/Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/iPhoneOS.platform/Developer/Library/CoreSimulator/Profiles/Runtimes/iOS.simruntime/Contents/Resources/RuntimeRoot/System/Library/Frameworks/Foundation.framework/Foundation

替換的實現

//虛擬碼，僅供理解
void _NSKVOClass(id self,SEL _cmd) {
Class cls = object_getClass(self);
Class originCls = __NSKVONotifyingOriginalClassForIsa(cls);
if (cls != originCls) {
return [originCls class];
} else {
Method method = class_getInstanceMethod(cls, _cmd);
return method_invoke(self, method);
}
}

先看原class 方法，獲取了當前類和原類，如果不一致就返回原類，如果一致就執行原class 實現。

//虛擬碼，僅供理解
void __NSSetObjectValueAndNotify(id self, SEL _cmd, id value) {
//獲取額外的變數
void *indexedIvars = object_getIndexedIvars(object_getClass(self));
//加鎖
pthread_mutex_lock(indexedIvars + 0x20);
//從SEL獲取KeyPath
NSString *keyPath = [CFDictionaryGetValue(*(indexedIvars) + 0x18), _cmd) copyWithZone:0x0];
//解鎖
pthread_mutex_unlock(indexedIvars + 0x20);

//改變前發通知
[self willChangeValueForKey:keyPath];
//實現Setter方法
IMP imp = class_getMethodImplementation(*indexedIvars, _cmd);
(imp)(self, _cmd, value);
//改變後發通知
[self didChangeValueForKey:keyPath];
}

再看改變後的Setter 方法，其中indexedIvars 是原類之外的成員變數，第一個指標是改變後的類，0x20 的偏移量是執行緒鎖，0x18 地址儲存了改變過的方法字典。

在執行原方法實現前呼叫了willChangeValueForKey 發起通知，同樣在之後呼叫didChangeValueForKey 。

新增觀察方法

那麼是在哪個方法中替換的實現呢？先看[NSObject addObserver:forKeyPath:options:context:] 方法。

//虛擬碼，僅供理解
void -[NSObject addObserver:forKeyPath:options:context:]
(void * self, void * _cmd, void * arg2, void * arg3, unsigned long long arg4, void * arg5) {
pthread_mutex_lock(__NSKeyValueObserverRegistrationLock);
*__NSKeyValueObserverRegistrationLockOwner = pthread_self();
rax = object_getClass(self);
rax = _NSKeyValuePropertyForIsaAndKeyPath(rax, arg3);
[self _addObserver:arg2 forProperty:rax options:arg4 context:arg5];
*__NSKeyValueObserverRegistrationLockOwner = 0x0;
pthread_mutex_unlock(__NSKeyValueObserverRegistrationLock);

return;
}

方法很簡單，根據KeyPath 獲取具體屬性後進一步呼叫方法。由於這個方法比較長，我特地整理成ObjC 程式碼，方便大家理解。

//虛擬碼，僅供理解
- (void *)_addObserver:(id)observer 
forProperty:(NSKeyValueProperty *)property 
options:(NSKeyValueObservingOptions)option 
context:(void *)context {
//需要註冊通知
if (option & NSKeyValueObservingOptionInitial) {
//獲取屬性名路徑
NSString *keyPath = [property keyPath];
//解鎖
pthread_mutex_unlock(__NSKeyValueObserverRegistrationLock);
//如果註冊了獲得新值，就獲取數值
id value = nil;
if (option & NSKeyValueObservingOptionNew) {
value = [self valueForKeyPath:keyPath];
if (value == nil) {
value = [NSNull null];
}
}
//傳送註冊通知
_NSKeyValueNotifyObserver(observer, keyPath, self, context, value, 
0 /*originalObservable*/, 1 /*NSKeyValueChangeSetting*/);
//加鎖
pthread_mutex_lock(__NSKeyValueObserverRegistrationLock);
} 
//獲取屬性的觀察資訊
Info *info = __NSKeyValueRetainedObservationInfoForObject(self, property->_containerClass);
//判斷是否需要獲取新的數值
id _additionOriginalObservable = nil;
if (option & NSKeyValueObservingOptionNew) {
//0x15沒有找到定義，猜測為儲存是否可觀察的陣列

id tsd = _CFGetTSD(0x15);
if (tsd != nil) {
_additionOriginalObservable = *(tsd + 0x10);
}
}
//在原有信息上生成新的資訊
Info *newInfo = __NSKeyValueObservationInfoCreateByAdding
(info, observer, property, option, context, _additionOriginalObservable, 0, 1);
//替換屬性的觀察資訊
__NSKeyValueReplaceObservationInfoForObject(self, property->_containerClass, info, newInfo);
//屬性新增後遞迴新增關聯屬性
[property object:self didAddObservance:newInfo recurse:true];
//獲取新的isa
Class cls = [property isaForAutonotifying];
if ((cls != NULL) && (object_getClass(self) != cls)) {
//如果是第一次就替換isa
object_setClass(self, cls);
}
//釋放觀察資訊
[newInfo release];
if (info != nil) {
[info release];
}
return;
}

其中有可能替換方法實現的步驟是獲取isa 的時候，猜測當第一次建立新類的時候，會註冊新的方法，接著追蹤isaForAutonotifying 方法。

獲取觀察類

void * -[NSKeyValueUnnestedProperty _isaForAutonotifying]
(void * self, void * _cmd) {
rbx = self;
r14 = *_OBJC_IVAR_$_NSKeyValueProperty._containerClass;
if ([*(rbx + r14)->_originalClass 
automaticallyNotifiesObserversForKey:rbx->_keyPath] != 0x0) {
r14 = __NSKeyValueContainerClassGetNotifyingInfo(*(rbx + r14));
if (r14 != 0x0) {
__NSKVONotifyingEnableForInfoAndKey(r14, rbx->_keyPath);
rax = *(r14 + 0x8);
}
else {
rax = 0x0;
}
}
else {
rax = 0x0;
}
return rax;
}

立刻發現了熟悉的方法！

automaticallyNotifiesObserversForKey: 是一個類方法，如果你不希望某個屬性被觀察，那麼就設為NO ，isa 返回是空也就宣告這次新增觀察失敗。

如果一切順利的話，將會執行__NSKVONotifyingEnableForInfoAndKey(info, keyPath) 改變class 的方法，最終返回其isa 。

實質替換方法

由於該方法實在太長，且使用了goto 不方便閱讀，所以依舊整理成虛擬碼。

//虛擬碼，僅供理解
int __NSKVONotifyingEnableForInfoAndKey(void *info, id keyPath) {
//執行緒鎖加鎖
pthread_mutex_lock(info + 0x20);
//新增keyPath到陣列
CFSetAddValue(*(info + 0x10), keyPath);
//解鎖
pthread_mutex_unlock(info + 0x20);
//判斷原類實現能不能替換
Class originClass = *info;
MethodClass *methodClass = 
__NSKeyValueSetterForClassAndKey(originClass, keyPath, originClass);
if (![methodClass isKindOfClass:[NSKeyValueMethodSetter class]]) {
swizzleMutableMethod(info, keyPath);
return;
}
//判斷Setter方法返回值
Method method = [methodClass method];
if (*(int8_t *)method_getTypeEncoding(method) != _C_VOID) {
_NSLog(@"KVO autonotifying only supports -set<Key>: methods that return void.");
swizzleMutableMethod(info, keyPath);
return;
}
//獲取Setter方法引數
char *typeEncoding = method_copyArgumentType(method, 0x2);
char type = sign_extend_64(*(int8_t *)typeEncoding);
SEL sel;//根據引數型別選擇替換的方法
switch (type) {
case _C_BOOL: sel = __NSSetBoolValueAndNotify;
case _C_UCHR: sel = __NSSetUnsignedCharValueAndNotify;
case _C_UINT: sel = __NSSetUnsignedIntValueAndNotify;
case _C_ULNG: sel = __NSSetUnsignedLongValueAndNotify;
case _C_ULNG_LNG: sel = __NSSetUnsignedLongLongValueAndNotify;
case _C_CHR: sel = __NSSetCharValueAndNotify;
case _C_DBL: sel = __NSSetDoubleValueAndNotify;
case _C_FLT: sel = __NSSetFloatValueAndNotify;
case _C_INT: sel = __NSSetIntValueAndNotify;
case _C_LNG: sel = __NSSetLongValueAndNotify;
case _C_LNG_LNG: sel = __NSSetLongLongValueAndNotify;
case _C_SHT: sel = __NSSetShortValueAndNotify;
case _C_USHT: sel = __NSSetUnsignedShortValueAndNotify;
case _C_LNG_LNG: sel = __NSSetLongLongValueAndNotify;
case _C_ID: sel = __NSSetObjectValueAndNotify;
case "{CGPoint=dd}": sel = __NSSetPointValueAndNotify;
case "{_NSRange=QQ}": sel = __NSSetRangeValueAndNotify;
case "{CGRect={CGPoint=dd}{CGSize=dd}}": sel = __NSSetRectValueAndNotify;
case "{CGSize=dd}": sel = __NSSetSizeValueAndNotify;
case *_NSKeyValueOldSizeObjCTypeName: sel = __CF_forwarding_prep_0;
default;
}
//不支援的引數型別列印錯誤資訊
if (sel == NULL) {
_NSLog(@"KVO autonotifying only supports -set<Key>: methods that take id,
NSNumber-supported scalar types, and some NSValue-supported structure types.")
swizzleMutableMethod(info, keyPath);
return;
}
//替換方法實現
SEL methodSel = method_getName(method);
_NSKVONotifyingSetMethodImplementation(info, methodSel, sel, keyPath);
if (sel == __CF_forwarding_prep_0) {
_NSKVONotifyingSetMethodImplementation(info, @selector(forwardInvocation:), 
_NSKVOForwardInvocation, false);
Class cls = *(info + 0x8);
SEL newSel = sel_registerName("_original_" + sel_getName(methodSel));
Imp imp = method_getImplementation(method);
TypeEncoding type = method_getTypeEncoding(method);
class_addMethod(cls, newSel, imp, type);
}
swizzleMutableMethod(info, keyPath);
}

可以表述為根據Setter 方法輸入引數型別，匹配合適的NSSetValueAndNotify 實現來替換，從而實現效果。

那麼swizzleMutableMethod 是幹嘛的呢？

//替換可變陣列集合的方法
int swizzleMutableMethod(void *info, id keyPath) {
//NSKeyValueArray
CFMutableSetRef getterSet = __NSKeyValueMutableArrayGetterForIsaAndKey(*info, keyPath);
if ([getterSet respondsToSelector:mutatingMethods]) {
mutatingMethods methodList = [getterSet mutatingMethods];
replace methodList->insertObjectAtIndex _NSKVOInsertObjectAtIndexAndNotify
replace methodList->insertObjectsAtIndexes _NSKVOInsertObjectsAtIndexesAndNotify
replace methodList->removeObjectAtIndex _NSKVORemoveObjectAtIndexAndNotify
replace methodList->removeObjectsAtIndexes _NSKVORemoveObjectsAtIndexesAndNotify
replace methodList->replaceObjectAtIndex _NSKVOReplaceObjectAtIndexAndNotify
replace methodList->replaceObjectsAtIndexes _NSKVOReplaceObjectsAtIndexesAndNotify
}
//NSKeyValueOrderedSet
getterSet = __NSKeyValueMutableOrderedSetGetterForIsaAndKey(*info, keyPath);
if ([getterSet respondsToSelector:mutatingMethods]) {
mutatingMethods methodList = [getterSet mutatingMethods];
replace methodList->insertObjectAtIndex _NSKVOInsertObjectAtIndexAndNotify
replace methodList->insertObjectsAtIndexes _NSKVOInsertObjectsAtIndexesAndNotify
replace methodList->removeObjectAtIndex _NSKVORemoveObjectAtIndexAndNotify
replace methodList->removeObjectsAtIndexes _NSKVORemoveObjectsAtIndexesAndNotify
replace methodList->replaceObjectAtIndex _NSKVOReplaceObjectAtIndexAndNotify
replace methodList->replaceObjectsAtIndexes _NSKVOReplaceObjectsAtIndexesAndNotify
}
//NSKeyValueSet
getterSet = __NSKeyValueMutableSetGetterForClassAndKey(*info, keyPath);
if ([getterSet respondsToSelector:mutatingMethods]) {
mutatingMethods methodList = [getterSet mutatingMethods];
replace methodList->addObject _NSKVOAddObjectAndNotify
replace methodList->intersectSet _NSKVOIntersectSetAndNotify
replace methodList->minusSet _NSKVOMinusSetAndNotify
replace methodList->removeObject _NSKVORemoveObjectAndNotify
replace methodList->unionSet _NSKVOUnionSetAndNotify
}
//改變新類的方法快取
__NSKeyValueInvalidateCachedMutatorsForIsaAndKey(*(info + 0x8), keyPath);
return rax;
}

前面提到的都是一對一，那如果我想觀察一對多的集合類呢？就是通過KVC 中的mutableArrayValueForKey: 返回一個代理集合，改變這些代理類的實現做到的。具體的例子之後會介紹。

建立新類

還有一個疑問就是替換的類是怎麼建立的？具體方法在__NSKVONotifyingEnableForInfoAndKey 中實現。

//虛擬碼，僅供理解
int __NSKVONotifyingCreateInfoWithOriginalClass(Class cls) {
//拼接新名字
const char *name = class_getName(cls);
int length = strlen(r12) + 0x10;//16是NSKVONotifying_的長度
char *newName = malloc(length);
__strlcpy_chk(newName, "NSKVONotifying_", length, -1);
__strlcat_chk(newName, name, length, -1);
//生成一個繼承原類的新類
Class newCls = objc_allocateClassPair(cls, newName, 0x68);
free(newName);
if (newCls != NULL) {
objc_registerClassPair(newCls);
//獲取額外的例項變量表
void *indexedIvars = object_getIndexedIvars(newCls);
*indexedIvars = cls;//記錄原isa
*(indexedIvars + 0x8) = newCls; //記錄新isa
//新建一個集合，儲存觀察的keyPath
*(indexedIvars + 0x10) = CFSetCreateMutable(0x0, 0x0, _kCFCopyStringSetCallBacks);
//新建一個字典，儲存改變過的SEL
*(indexedIvars + 0x18) = CFDictionaryCreateMutable(0x0, 0x0, 0x0,
_kCFTypeDictionaryValueCallBacks);
//新建一個執行緒鎖
pthread_mutexattr_init(var_38);
pthread_mutexattr_settype(var_38, 0x2);
pthread_mutex_init(indexedIvars + 0x20, var_38);
pthread_mutexattr_destroy(var_38);
//獲取NSObject類預設的實現
if (*__NSKVONotifyingCreateInfoWithOriginalClass.NSObjectIMPLookupOnce == NULL) {
static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
*__NSKVONotifyingCreateInfoWithOriginalClass.NSObjectWillChange = 
class_getMethodImplementation([NSObject class],
@selector(willChangeValueForKey:));

*__NSKVONotifyingCreateInfoWithOriginalClass.NSObjectDidChange = 
class_getMethodImplementation([NSObject class], 
@selector(didChangeValueForKey:));
});
}
//設定是否替換過ChangeValue方法的flag
BOOL isChangedImp = YES;
if (class_getMethodImplementation(cls, @selector(willChangeValueForKey:)) == 
*__NSKVONotifyingCreateInfoWithOriginalClass.NSObjectWillChange) {
BOOL isChangedDidImp = 
class_getMethodImplementation(cls, @selector(didChangeValueForKey:)) 
!= 
*__NSKVONotifyingCreateInfoWithOriginalClass.NSObjectDidChange;
isChangedImp = isChangedDidImp ? YES : NO;
}
*(int8_t *)(indexedIvars + 0x60) = isChangedImp;

//使用KVO的實現替換原類方法
_NSKVONotifyingSetMethodImplementation(indexedIvars, @selector(_isKVOA),
_NSKVOIsAutonotifying, false/*是否需要儲存SEL到字典*/);

_NSKVONotifyingSetMethodImplementation(indexedIvars, @selector(dealloc), 
_NSKVODeallocate, false);

_NSKVONotifyingSetMethodImplementation(indexedIvars, @selector(class), 
_NSKVOClass, false);
}
return newCls;
}

建立關係

還有一種情況就是觀察的屬性依賴於多個關係，比如color 可能依賴於r g b a ，其中任何一個改變，都需要通知color 的變化。

建立關係的方法是

+ (NSSet *)keyPathsForValuesAffectingValueForKey:(NSString *)key

或+ (NSSet *)keyPathsForValuesAffecting<key>

返回依賴鍵值的字串集合

//虛擬碼
+ (NSSet *)keyPathsForValuesAffectingValueForKey:(NSString *)key {
char *str = "keyPathsForValuesAffecting" + key;
SEL sel = sel_registerName(str);
Method method = class_getClassMethod(self, sel);
if (method != NULL) {
result = method_invoke(self, method);
} else {
result = [self _keysForValuesAffectingValueForKey:key];
}
return result;
}

還記得之前在_addObserver 方法中有這段程式碼嗎？

//屬性新增後遞迴新增關聯屬性
[property object:self didAddObservance:newInfo recurse:true];

其中NSKeyValueProperty 也是一個類簇，具體分為NSKeyValueProperty NSKeyValueComputedProperty NSKeyValueUnnestedProperty NSKeyValueNestedProperty ，從名字也看出NSKeyValueNestedProperty 是指巢狀子屬性的屬性類，那我們觀察下他的實現。

//虛擬碼
- (void)object:(id)obj didAddObservance:(id)info recurse:(BOOL)isRecurse {
if (self->_isAllowedToResultInForwarding != nil) {
//獲得關係鍵
relateObj = [obj valueForKey:self->_relationshipKey];
//註冊所有關係通知
[relateObj addObserver:info 
forKeyPath:self->_keyPathFromRelatedObject 
options:info->options 
context:nil];
} 
//再往下遞迴
[self->_relationshipProperty object:obj didAddObservance:info recurse:isRecurse];
}

至此，實現的大致整體輪廓比較瞭解了，下面會講一下怎麼把原理運用到實際。

應用原理

手動觸發

當+(BOOL)automaticallyNotifiesObserversForKey:(NSString *)key 返回是YES ，那麼註冊的這個Key 就會替換對應的Setter ，從而在改變的時候呼叫-(void)willChangeValueForKey:(NSString *)key 與-(void)didChangeValueForKey:(NSString *)key 傳送通知給觀察者。

那麼只要把自動通知設為NO ，並程式碼實現這兩個通知方法，就可以達到手動觸發的要求。

+ (BOOL)automaticallyNotifiesObserversForKey:(NSString *)key {
if ([key isEqualToString:@"object"]) {
return false;
}

return [super automaticallyNotifiesObserversForKey:key];
}

- (void)setObject:(NSObject *)object {
if (object != _object) {
[self willChangeValueForKey:@"object"];
_object = object;
[self didChangeValueForKey:@"object"];
}
}

如果操作的是之前提到的集合物件，那麼實現的方法就需要變為

- (void)willChange:(NSKeyValueChange)changeKind 
valuesAtIndexes:(NSIndexSet *)indexes 
forKey:(NSString *)key;
- (void)didChange:(NSKeyValueChange)changeKind 
valuesAtIndexes:(NSIndexSet *)indexes 
forKey:(NSString *)key;

- (void)willChangeValueForKey:(NSString *)key 
withSetMutation:(NSKeyValueSetMutationKind)mutationKind 
usingObjects:(NSSet *)objects;
- (void)didChangeValueForKey:(NSString *)key 
withSetMutation:(NSKeyValueSetMutationKind)mutationKind 
usingObjects:(NSSet *)objects;

依賴鍵觀察

之前也有提過構建依賴關係的方法，具體操作如下

+ (NSSet<NSString *> *)keyPathsForValuesAffectingValueForKey:(NSString *)key {
if ([key isEqualToString:@"color"]) {
return [NSSet setWithObjects:@"r",@"g",@"b",@"a",nil];
}

return [super keyPathsForValuesAffectingValueForKey:key];
}

//建議使用靜態指標地址作為上下文區分不同的觀察
static void * const kColorContext = (void*)&kColorContext;
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];

[self addObserver:self forKeyPath:@"color" 
options:NSKeyValueObservingOptionNew 
context:kColorContext];
self.r = 133;
}

- (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath 
ofObject:(id)object 
change:(NSDictionary<NSKeyValueChangeKey,id> *)change 
context:(void *)context {
if (context == kColorContext) {
NSLog(@"%@", keyPath); 
//outprint --> color
}
}

可變陣列與集合

不可變的陣列與集合由於內部結構固定，所以只能通過觀察容器類記憶體地址來判斷是否變化，也就是NSKeyValueChangeSetting 。

集合和陣列的觀察都很類似，我們先關注如果要觀察可變陣列內部插入移除的變化呢？

先了解一下集合代理方法，- (NSMutableArray *)mutableArrayValueForKey: ，這是一個KVC 方法，能夠返回一個可供觀察的NSKeyValueArray 物件。

根據蘋果註釋，其搜尋順序如下

1.搜尋是否實現最少一個插入與一個刪除方法

-insertObject:in<Key>AtIndex:
-removeObjectFrom<Key>AtIndex:
-insert<Key>:atIndexes:
-remove<Key>AtIndexes:

2.否則搜尋是否有set<Key>: 方法，有的話每次都把修改陣列重新賦值回原屬性。

3.否則檢查+ (BOOL)accessInstanceVariablesDirectly ，如果是YES ，就查詢成員變數_<key> or <key> ，此後所有的操作針對代理都轉接給成員變數執行。

4.最後進入保護方法valueForUndefinedKey:

第一種方法

- (void)insertObject:(NSObject *)object inDataArrayAtIndex:(NSUInteger)index {
[_dataArray insertObject:object atIndex:index];
}

- (void)removeObjectFromDataArrayAtIndex:(NSUInteger)index {
[_dataArray removeObjectAtIndex:index];
}

- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];

_dataArray = @[].mutableCopy;
[self addObserver:self forKeyPath:@"dataArray" 
options:NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld |
NSKeyValueObservingOptionPrior context:nil];
[self insertObject:@1 inDataArrayAtIndex:0];
}

通過實現了insert 與remove 方法，使得代理陣列能夠正常運作陣列變數，KVO 觀察了代理陣列的這兩個方法，發出了我們需要的通知。

這種方式使用了第一步搜尋，比較容易理解，缺點是改動的程式碼比較多，改動陣列必須通過自定義方法。

第二種方法

@property (nonatomic, strong, readonly) NSMutableArray *dataArray;

@synthesize dataArray = _dataArray;

- (NSMutableArray *)dataArray {
return [self mutableArrayValueForKey:@"dataArray"];
}

- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];

_dataArray = @[].mutableCopy;
[self addObserver:self forKeyPath:@"dataArray" 
options:NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld |
NSKeyValueObservingOptionPrior context:nil];
[self.dataArray addObject:@1];
}

這種方式相對來說更簡潔，修改陣列的方法與平時一致，比較適合使用。

下面說一下原理，首先我們沒有實現對應的insert 與remove 方法，其次readonly 屬性也沒有set<key>: 方法，但我們實現了@synthesize dataArray = _dataArray; 所以根據第三步對代理陣列的操作都會實際操作到例項變數中。

然後過載了dataArray 的Getter 方法，保證了修改陣列時必須呼叫主體是self.dataArray ，也就是代理陣列，從而傳送通知。

問答

KVO的底層實現？

KVO 就是通過Runtime 替換被觀察類的Setter 實現，從而在發生改變時發起通知。

如何取消系統預設的KVO並手動觸發（給KVO的觸發設定條件：改變的值符合某個條件時再觸發KVO）？

通過設定automaticallyNotifiesObserversForKey 為False 實現取消自動觸發。

符合條件再觸發可以這麼實現。

- (void)setObject:(NSObject *)object {
if (object == _object) return;

BOOL needNotify = [object isKindOfClass:[NSString class]];
if (needNotify) {
[self willChangeValueForKey:@"object"];
}
_object = object;
if (needNotify) {
[self didChangeValueForKey:@"object"];
}
}

總結

由於對組合語言、反編譯工具、objc4 開原始碼的不熟悉，這篇文章寫了一週時間，結構也有點混亂。

所幸還是理順了整體結構，在整理的過程中學會了很多很多。

由於才疏學淺，其中對彙編和原始碼的解釋難免出錯，還望大佬多多指教！

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