KVO 原理詳解
KVO（Key-Value Observing）是 iOS 開發中常用的一種用於監聽某個物件屬性值變化的技術。下文將以一段示例程式碼來分析 KVO 的底層原理。 ofollow,noindex">原始碼地址
示例原始碼
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
[self setupSubviews];
BAOPerson *p1 = [[BAOPerson alloc] init];
BAOPerson *p2 = [[BAOPerson alloc] init];
p1.age = 1;
p1.age = 2;
p2.age = 2;
// self 監聽 p1 的 age 屬性
NSKeyValueObservingOptions options = NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld;
[p1 addObserver:self forKeyPath:@"age" options:options context:nil];
p1.age = 10;
[p1 removeObserver:self forKeyPath:@"age"];
}
- (void)setupSubviews {
[self setupHeaderView];
}
- (void)setupHeaderView {
self.headerView.title = @"KVO";
}
- (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary<NSKeyValueChangeKey,id> *)change context:(void *)context {
NSLog(@"監聽到 %@ 的 %@ 改變了 %@", object, keyPath,change);
}
示例對 p1 進行了 KVO 監聽，當 p1 發生改變，即呼叫 observeValueForKeyPath 方法，從而列印以下資訊。
監聽到 <BAOPerson: 0x600003750200> 的 age 改變了 {
kind = 1;
new = 10;
old = 2;
}
KVO 實現原理
通過上述程式碼可以發現，一旦 age 屬性的值發生改變，就會通知到監聽者。我們知道賦值操作都是呼叫 set 方法，我們可以重寫 BAOPerson 類中 age 的 set 方法，觀察 KVO 是否是在 set 方法內部做了一些操作來通知監聽者。
- (void)setAge:(NSInteger)age {
NSLog(@"override setAge");
_age = age;
}
我們發現即使重寫了 set 方法， p1 除了呼叫 set 方法之外還會執行監聽者的 observeValueForKeyPath 方法。
根據上述實驗推測：KVO 在執行時對 p1 物件進行了改動，使 p1 物件在呼叫 setAge 方法時做了一些額外的操作。所以問題出在物件身上，兩個物件可能本質上並不一樣。下面我們來探索一下 KVO 內部是如何實現的。
KVO 實現分析
首先分別在新增 KVO 前後打上斷點，以觀察新增 KVO 前後 p1 物件有何不同。
通過列印物件的 isa 指標，我們發現， p1 物件的 isa 指標由之前的指向類物件 BAOPerson 變成了指向類物件 NSKVONotifying_BAOPerson 。相應地， p2 物件沒有改變。因此我們可以推測， p1 物件的 isa 發生改變後，其執行的 setAge 也發生了改變。
我們知道， p2 在呼叫 setAge 方法時，首先會通過 p2 物件的 isa 指標找到 BAOPerson 類物件，然後在類物件中找到 setAge 方法，最終找到方法對應的實現。如下圖所示：
但是， p1 物件的 isa 在新增 KVO 之後已經指向了 NSKVONotifying_BAOPerson 類物件， NSKVONotifying_BAOPerson 則是 BAOPerson 的子類。 NSKVONotifying_BAOPerson 是 runtime 在執行時生成的。因此， p1 物件在呼叫 setAge 方法時必然會根據 p1 的 isa 找到 NSKVONotifying_BAOPerson ，並在 NSKVONotifying_BAOPerson 中找到 setAge 方法及其實現。
經查閱資料瞭解到， NSKVONotifying_BAOPerson 中的 setAge 方法中其實呼叫了 Foundation 框架中 C 語言函式 _NSsetIntValueAndNotify ， _NSsetIntValueAndNotify 內部的操作大致是：首先呼叫 willChangeValueForKey 方法，然後呼叫父類的 setAge 方法對成員變數賦值，最後呼叫 didChangeValueForKey 方法。 didChangeValueForKey 方法中會呼叫監聽者的監聽方法，最終呼叫監聽者的 observeValueForKeyPath 方法。
KVO 原理驗證
前面我們已經通過斷點列印 isa 指標的方式驗證了： p1 物件在新增 KVO 後，其 isa 指標會指向一個通過 runtime 建立的 BAOPerson 的子類 NSKVONotifying_BAOPerson 。
下面我們可以通過列印方法實現的地址來看一下 p1 和 p2 的 setAge 方法實現的地址在新增 KVO 前後有什麼變化。
// 通過methodForSelector找到方法實現的地址 NSLog(@"新增 KVO 之前 - p1 = %p, p2 = %p", [p1 methodForSelector: @selector(setAge:)], [p2 methodForSelector: @selector(setAge:)]); NSKeyValueObservingOptions options = NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld; [p1 addObserver:self forKeyPath:@"age" options:options context:nil]; NSLog(@"新增 KVO 之後 - p1 = %p, p2 = %p", [p1 methodForSelector: @selector(setAge:)], [p2 methodForSelector: @selector(setAge:)]);
執行上述程式碼，可以發現：在新增 KVO 之前， p1 和 p2 的 setAge 方法實現的地址是相同的；在新增 KVO 之後， p1 的 setAge 方法實現的地址發生了改變。通過列印方法實現可以證明， p1 的 setAge 方法的實現由 BAOPerson 類方法中的 setAge 方法轉換成了 Foundation 框架中的 C 函式 _NSSetIntValueAndNotify 。
事實上，Foundation 框架中很多例如 _NSSetBoolValueAndNotify 、 _NSSetCharValueAndNotify 、 _NSSetFloatValueAndNotify 、 _NSSetLongValueAndNotify 等函式。
為了檢視 Foundation 框架中的相關函式，我們找到 Foundation 檔案，通過命令列查詢：
nm Foundation | grep ValueAndNotify
中間類內部結構
NSKVONotifying_BAOPerson 作為 BAOPerson 的子類，其 superclass 指標指向 BAOPerson 類，其內部對 setAge 方法做了單獨的實現，那麼 NSKVONotifying_BAOPerson 同 BAOPerson 類的差別可能就在於其記憶體儲的物件方法及實現不同。我們通過 runtime 分別列印 BAOPerson 類物件和 NSKVONotifying_BAOPerson 類物件記憶體儲的物件方法。
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
BAOPerson *p1 = [[BAOPerson alloc] init];
BAOPerson *p2 = [[BAOPerson alloc] init];
p1.age = 1;
p1.age = 2;
p2.age = 2;
NSKeyValueObservingOptions options = NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld;
[p1 addObserver:self forKeyPath:@"age" options:options context:nil];
[self printMethods: object_getClass(p2)];
[self printMethods: object_getClass(p1)];
p1.age = 10;
[p1 removeObserver:self forKeyPath:@"age"];
}
- (void)printMethods:(Class)cls {
unsigned int count;
Method *methods = class_copyMethodList(cls, &count);
NSMutableString *methodNames = [NSMutableString string];
[methodNames appendFormat:@"%@ - ", cls];
for (int i = 0 ; i < count; i++) {
Method method = methods[i];
NSString *methodName= NSStringFromSelector(method_getName(method));
[methodNames appendString:methodName];
[methodNames appendString:@" "];
}
NSLog(@"%@", methodNames);
free(methods);
}
上述程式碼的列印結果如下：
可以發現， NSKVONotifying_BAOPerson 中有 4 個物件方法，分別是:
setAge: class dealloc _isKVOA
NSKVONotifying_BAOPerson 重寫 class 方法是為了隱藏 NSKVONotifying_BAOPerson 不被外界看到。我們在 p1 新增 KVO 之後，分別列印 p1 和 p2 物件的 class ，可以發現它們都返回 BAOPerson 。
NSLog(@"%@, %@", [p1 class], [p2 class]); // 列印結果 BAOPerson, BAOPerson
綜上，我們可以畫出 NSKVONotifying_BAOPerson 的內部結構及方法呼叫順序。
驗證 didChangeValueForKey: 內部呼叫 observeValueForKeyPath:ofObject:change:context: 方法
在 BAOPerson 類中重寫 willChangeValueForKey: 和 didChangeValueForKey: 方法，模擬它們的實現。
- (void)setAge:(NSInteger)age
{
NSLog(@"override setAge");
_age = age;
}
- (void)willChangeValueForKey:(NSString *)key {
NSLog(@"willChangeValueForKey: - begin");
[super willChangeValueForKey:key];
NSLog(@"willChangeValueForKey: - end");
}
- (void)didChangeValueForKey:(NSString *)key {
NSLog(@"didChangeValueForKey: - begin");
[super didChangeValueForKey:key];
NSLog(@"didChangeValueForKey: - end");
}
通過執行上述程式碼，可以確定是在 didChangeValueForKey: 方法內部呼叫了監聽者的 observeValueForKeyPath:ofObject:change:context: 方法。
根據上述原理，可以通過呼叫 willChangeValueForKey: 和 didChangeValueForKey: 來手動觸發 KVO。