iOS底层原理探索—KVO的本质

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往期回顾

iOS底层原理探索—OC对象的本质
iOS底层原理探索—class的本质
今天带领大家探索iOS之KVO的本质。

KVO

KVO全称Key-Value Observing，键值监听。

KVO是OC对观察者设计模式的一种实现，注册一个观察者时，调用addObserver: forKeyPath:options: context:，观察者观察A的属性，系统在运行时，动态创建一个NSKVONotifying_A类，将A的isa指针指向这个类。NSKVONotifying_A是原来类的子类，来重写原来类的setter方法。这段话相信在很多博客中都看到过，当然这样回答KVO的本质是正确，今天我们就围绕这段话，来探索KVO的本质。

KVO监听age属性变化.png

上述代码中可以看出，在添加监听之后，当person1的age属性的值在发生改变时，就会通知到监听者，执行监听者的observeValueForKeyPath方法。

我们知道，OC中赋值的操作都是调用了对象的set方法，我们重写了Person类的setAge方法之后，加入断点，重新运行点击屏幕后发现，person1和person2对象都调用了setAge方法，person1由于增加了监听，执行完 setAge方法之后还会执行监听器的observeValueForKeyPath方法。

这就说明KVO在运行时对person1对象做了一些操作，从而使调用了setAge方法之后执行其他方法，究竟做了一些什么改变呢？

为了验证这个问题，我们在给person1添加监听器之前加入查看person1和person2的类对象的代码：

    NSLog(@"person1添加KVO监听之前 - %@ %@",
          object_getClass(self.person1),
          object_getClass(self.person2));

在给person1添加监听器之后加入查看person1和person2的类对象的代码：

    NSLog(@"person1添加KVO监听之后 - %@ %@",
          object_getClass(self.person1),
          object_getClass(self.person2));

打印输出的结果为：

person1添加KVO监听之前 - Person Person
person1添加KVO监听之后 - NSKVONotifying_Person Person

经过试验分析我们发现，person1对象经过添加监听操作之后，person1对象的isa指针由之前的指向类对象Person变为指向NSKVONotifyin_Person类对象，而person2对象的isa指针指向没有任何改变。也就是说一旦person1对象添加了KVO监听以后，其isa指针就会发生变化，因此setAge方法的执行效果就不一样了。

我们可以分析person2对象在内存中是如何存储的，然后通过对比person1和person2来进一步分析KVO的底层实现。

首先我们知道，person2在调用setAge方法的时候，首先会通过person2对象中的isa指针找到Person类对象，然后在类对象中找到setAge方法,然后找到方法对应的实现:

未添加KVO监听的对象.jpeg

但是person1对象的isa指针的指向已经在添加了KVO之后发生了改变，指向了NSKVONotifyin_Person这个类对象。NSKVONotifyin_Person其实是Person的子类，NSKVONotifyin_Person的isa指针指向Person。所以person1对象在调用setAge方法时，会根据自己的isa指针先找到NSKVONotifyin_Person这个类，在NSKVONotifyin_Person这个类中找到setAge方法的相关实现：

添加了KVO监听的对象.jpeg

经过查看底层源码和相关资料分析们可以知道，NSKVONotifyin_Person中的setAge方法中其实调用了 Fundation框架中C语言函数_NSsetIntValueAndNotify，而_NSsetIntValueAndNotify内部做的操作相当于，首先调用willChangeValueForKey方法，之后调用父类的setAge方法对成员变量赋值，最后调用didChangeValueForKey方法。其中didChangeValueForKey中会调用监听器的监听方法，最终来到监听者的observeValueForKeyPath方法。

补充
在 Fundation框架中，和_NSsetIntValueAndNotify类似的函数其实还有很多，简单列举几个：

Fundation框架中的类似函数.jpeg

根据函数名可以知道，这些函数的调用取决与添加KVO监听的属性类型。

NSKVONotifyin_Person的内部结构

NSKVONotifyin_Person作为Person的子类，其superclass指针指向Person类，并且NSKVONotifyin_Person内部的setAge方法做了单独的实现。我们可以通过runtime的方法去分别打印person1和person2两个对象和NSKVONotifyin_Person类对象内存储的对象方法：

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

    self.person1 = [[Person alloc] init];
    self.person1.age = 1;
    
    self.person2 = [[Person alloc] init];
    self.person2.age = 2;
// 给person1对象添加KVO监听
    NSKeyValueObservingOptions options = NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld;
    [self.person1 addObserver:self forKeyPath:@"age" options:options context:@"123"];

    [self printMethods: object_getClass(self.person1)];
    [self printMethods: object_getClass(self.person2)];

    [self.person1 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);
}

打印输出：

MJPerson : setAge:, age,
NSKVONotifying_MJPerson : setAge:, class, dealloc, _isKVOA,

通过上述试验发现NSKVONotifyin_Person中有4个对象方法。分别为setAge:、class、dealloc、_isKVOA，我们就可以画出NSKVONotifyin_Person的内存结构以及方法调用顺序：

NSKVONotifyin_Person的内存结构及方法调用顺序.jpeg

我们通过代码打印person1对象添加了KVO监听之后的class发现，返回的仍旧是Person

NSLog(@"%@,%@",[person1 class],[person1 class]);

打印结果为：

Person,Person

很明显，NSKVONotifyin_Person是重写了class方法的，如果没有重写的话，返回person1的isa指针指向的类打印结果应该是NSKVONotifyin_Person，但是苹果官方不希望将NSKVONotifyin_Person类的内部实现暴露出来，所以在内部重写了class方法，直接返回Person类，所以我们在调用person1的class方法时，返回的是Person类。

至此，我们就可以回答上篇文章预留的问题了：

1、KVO的本质是什么？
当我们给对象注册一个观察者添加了KVO监听时，系统会修改这个对象的isa指针指向。在运行时，动态创建一个新的子类，NSKVONotifying_A类，将A的isa指针指向这个子类，来重写原来类的set方法；set方法实现内部会顺序调用willChangeValueForKey方法、原来的setter方法实现、didChangeValueForKey方法，而didChangeValueForKey方法内部又会调用监听器的observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:监听方法。

2、如何手动触发KVO？
实现调用willChangeValueForKey和didChangeValueForKey方法。

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