刨根问底KVO原理

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介绍

KVO( NSKeyValueObserving )是一种监测对象属性值变化的观察者模式机制。其特点是无需事先修改被观察者代码，利用 runtime 实现运行中修改某一实例达到目的，保证了未侵入性。

A对象指定观察B对象的属性后，当属性发生变更，A对象会收到通知，获取变更前以及变更的状态，从而做进一步处理。

在实际生产环境中，多用于应用层观察模型层数据变动，接收到通知后更新，从而达成比较好的设计模式。

另一种常用的用法是 Debug，通过观察问题属性的变化，追踪问题出现的堆栈，更有效率的解决问题。

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 应用

观察回调

- (void)observeValueForKeyPath:(nullable NSString *)keyPath 
                      ofObject:(nullable id)object 
                        change:(nullable NSDictionaryid> *)change 
                       context:(nullable void *)context;

观察者需要实现这个方法来接受回调，其中keyPath 是 KVC 路径， object 是观察者，context区分不同观察的标识。

 改变字典

最关键的是改变字典，其中包含了 NSKeyValueChangeKey，通过预定义的字符串来获取特定的数值。

1 typedef NSString * NSKeyValueChangeKey NS_STRING_ENUM;
2 
3 FOUNDATION_EXPORT NSKeyValueChangeKey const NSKeyValueChangeKindKey;
4 FOUNDATION_EXPORT NSKeyValueChangeKey const NSKeyValueChangeNewKey;
5 FOUNDATION_EXPORT NSKeyValueChangeKey const NSKeyValueChangeOldKey;
6 FOUNDATION_EXPORT NSKeyValueChangeKey const NSKeyValueChangeIndexesKey;
7 FOUNDATION_EXPORT NSKeyValueChangeKey const NSKeyValueChangeNotificationIsPriorKey

 NSKeyValueChangeKindKey 中定义的是改变的类型，如果调用的是Setter方法，那就是NSKeyValueChangeSetting。

剩余的三种分别是插入、删除、替换，当观察的属性属于集合类（这点会在之后讲），变动时就会通知这些类型。

1 typedef NS_ENUM(NSUInteger, NSKeyValueChange) {
2     NSKeyValueChangeSetting = 1,
3     NSKeyValueChangeInsertion = 2,
4     NSKeyValueChangeRemoval = 3,
5     NSKeyValueChangeReplacement = 4,
6 };

NSKeyValueChangeNewKey 获取变更的最新值，NSKeyValueChangeOldKey 获取原始数值。

NSKeyValueChangeIndexesKey 如果观察的是集合，那这个键值返回索引集合。

NSKeyValueChangeNotificationIsPriorKey 如果设置了接受提前通知，那么修改之前会先发送通知，修改后再发一次。为了区分这两次，第一次会带上这个键值对，其内容为 @1。

 字符串枚举

在注册类型时，苹果使用了NS_STRING_ENUM宏。

虽然这个宏在ObjC下毫无作用，但是对于Swift有优化 ，上面的定义会变成这样。

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

字符串枚举对于使用来说是非常直观和安全的。

 添加与删除

对于普通对象，使用这两个方法就能注册与注销观察。

1 - (void)addObserver:(NSObject *)observer 
2          forKeyPath:(NSString *)keyPath 
3             options:(NSKeyValueObservingOptions)options 
4             context:(nullable void *)context;
5 
6 - (void)removeObserver:(NSObject *)observer 
7             forKeyPath:(NSString *)keyPath 
8                context:(nullable void *)context;

可以设置多种观察模式来匹配需求。

 1 typedef NS_OPTIONS(NSUInteger, NSKeyValueObservingOptions) {
 2     //可以收到新改变的数值
 3     NSKeyValueObservingOptionNew = 0x01,
 4     //可以收到改变前的数值
 5     NSKeyValueObservingOptionOld = 0x02,
 6     //addObserver后立刻触发通知，只有new，没有old
 7     NSKeyValueObservingOptionInitial = 0x04,
 8     //会在改变前与改变后发送两次通知
 9     //改变前的通知带有notificationIsPrior=@1，old
10     NSKeyValueObservingOptionPrior = 0x08
11 };

 由于不符合 KVC 的访问器标准，苹果规定 NSArray NSOrderedSet NSSet 不可以执行 addObserver 方法，不然会抛出异常。针对 NSArray 有特殊的方法，如下

 1 - (void)addObserver:(NSObject *)observer 
 2  toObjectsAtIndexes:(NSIndexSet *)indexes 
 3          forKeyPath:(NSString *)keyPath 
 4             options:(NSKeyValueObservingOptions)options 
 5             context:(nullable void *)context;
 6 
 7 - (void)removeObserver:(NSObject *)observer 
 8   fromObjectsAtIndexes:(NSIndexSet *)indexes 
 9             forKeyPath:(NSString *)keyPath 
10                context:(nullable void *)context;

主要的区别在于多了一个ObjectsAtIndexes，其实做的事情是一样的，根据索引找到对象，再逐一建立观察关系。

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 原理

Runtime

NSKeyValueObserving 与 NSKeyValueCoding 一起定义在 Foundation 库，而这个库是不开源的，我们先从苹果开发者文档中获取信息。

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

看描述猜测苹果应该是通过重新设置被观察者的 Class (isa 中包含 Class 信息)，该类继承了原类并且重载属性的 Setter 方法，添加发通知的操作达到目的。

 1 @interface ConcreteSubject : NSObject
 2 @property (nonatomic, strong) id obj;
 3 @end
 4 
 5 ConcreteSubject *sub = [ConcreteSubject new];
 6 
 7 NSLog(@"%s", class_getName(object_getClass(sub)));
 8 //改变前 outprint--> ConcreteSubject
 9 
10 [sub addObserver:self forKeyPath:@"obj" options:NSKeyValueObservingOptionNew context:nil];
11 //执行观察方法
12 
13 NSLog(@"%s", class_getName(object_getClass(sub)));
14 //改变后 outprint--> NSKVONotifying_ConcreteSubject
15 NSLog(@"%s", class_getName(object_getClass(class_getSuperclass(cls))));
16 //获取超类名 outprint--> ConcreteSubject
17 
18 NSLog(@"%s", class_getName(sub.class));
19 //获取类名 outprint--> ConcreteSubject
20 
21 class_getMethodImplementation(cls, @selector(setObj:));
22 //imp = (IMP)(Foundation`_NSSetObjectValueAndNotify)
23 
24 class_getMethodImplementation(cls, @selector(class));
25 //imp = (IMP)(Foundation`NSKVOClass)

试了一下果然 Class 被替换了，变成加了 NSKVONotifying_ 前缀的新类。

新类继承自原类，但是这个类的 class 方法返回的还是原类，这保证了外部逻辑完整。

 反编译源码

通过 Runtime ，我们只能知道 KVO 使用了一个继承了原类的类，并且替换了原方法的实现，setObj: = _NSSetObjectValueAndNotify class = _NSKVOClass。如果我们想进一步了解详情，只能通过反编译 Foundation 来查找汇编代码。

这里我使用了 Hopper 工具，分析的二进制文件路径是/Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/iPhoneOS.platform/Developer/Library/CoreSimulator/Profiles/Runtimes/iOS.simruntime/Contents/Resources/RuntimeRoot/System/Library/Frameworks/Foundation.framework/Foundation

替换的实现

 1 //伪代码，仅供理解
 2 void _NSKVOClass(id self,  SEL _cmd) {
 3     Class cls = object_getClass(self);
 4     Class originCls = __NSKVONotifyingOriginalClassForIsa(cls);
 5     if (cls != originCls) {
 6         return [originCls class];
 7     } else {
 8         Method method = class_getInstanceMethod(cls, _cmd);
 9         return method_invoke(self, method);
10     }
11 }

先看原 class 方法，获取了当前类和原类，如果不一致就返回原类，如果一致就执行原 class 实现。

 1 //伪代码，仅供理解
 2 void __NSSetObjectValueAndNotify(id self, SEL _cmd, id value) {
 3     //获取额外的变量
 4     void *indexedIvars = object_getIndexedIvars(object_getClass(self));
 5     //加锁
 6     pthread_mutex_lock(indexedIvars + 0x20);
 7     //从SEL获取KeyPath
 8     NSString *keyPath = [CFDictionaryGetValue(*(indexedIvars) + 0x18), _cmd) copyWithZone:0x0];
 9     //解锁
10     pthread_mutex_unlock(indexedIvars + 0x20);
11     
12     //改变前发通知
13     [self willChangeValueForKey:keyPath];
14     //实现Setter方法
15     IMP imp = class_getMethodImplementation(*indexedIvars, _cmd);
16     (imp)(self, _cmd, value);
17     //改变后发通知
18     [self didChangeValueForKey:keyPath];
19 }

再看改变后的 Setter 方法，其中 indexedIvars 是原类之外的成员变量，第一个指针是改变后的类，0x20 的偏移量是线程锁，0x18 地址储存了改变过的方法字典。

在执行原方法实现前调用了 willChangeValueForKey 发起通知，同样在之后调用 didChangeValueForKey。

 添加观察方法

那么是在哪个方法中替换的实现呢？先看 [NSObject addObserver:forKeyPath:options:context:]方法。

 1 //伪代码，仅供理解
 2 void -[NSObject addObserver:forKeyPath:options:context:]
 3 (void * self, void * _cmd, void * arg2, void * arg3, unsigned long long arg4, void * arg5) {
 4     pthread_mutex_lock(__NSKeyValueObserverRegistrationLock);
 5     *__NSKeyValueObserverRegistrationLockOwner = pthread_self();
 6     rax = object_getClass(self);
 7     rax = _NSKeyValuePropertyForIsaAndKeyPath(rax, arg3);
 8     [self _addObserver:arg2 forProperty:rax options:arg4 context:arg5];
 9     *__NSKeyValueObserverRegistrationLockOwner = 0x0;
10     pthread_mutex_unlock(__NSKeyValueObserverRegistrationLock);
11     
12     return;
13 }

方法很简单，根据 KeyPath 获取具体属性后进一步调用方法。由于这个方法比较长，我特地整理成 ObjC 代码，方便大家理解。

 1 //伪代码，仅供理解
 2 - (void *)_addObserver:(id)observer 
 3            forProperty:(NSKeyValueProperty *)property 
 4                options:(NSKeyValueObservingOptions)option 
 5                context:(void *)context {
 6     //需要注册通知
 7     if (option & NSKeyValueObservingOptionInitial) {
 8         //获取属性名路径
 9         NSString *keyPath = [property keyPath];
10         //解锁
11         pthread_mutex_unlock(__NSKeyValueObserverRegistrationLock);
12         //如果注册了获得新值，就获取数值
13         id value = nil;
14         if (option & NSKeyValueObservingOptionNew) {
15             value = [self valueForKeyPath:keyPath];
16             if (value == nil) {
17                 value = [NSNull null];
18             }
19         }
20         //发送注册通知
21         _NSKeyValueNotifyObserver(observer, keyPath, self, context, value, 
22         0 /*originalObservable*/, 1 /*NSKeyValueChangeSetting*/);
23         //加锁
24         pthread_mutex_lock(__NSKeyValueObserverRegistrationLock);
25     } 
26     //获取属性的观察信息
27     Info *info = __NSKeyValueRetainedObservationInfoForObject(self, property->_containerClass);
28     //判断是否需要获取新的数值
29     id _additionOriginalObservable = nil;
30     if (option & NSKeyValueObservingOptionNew) {
31         //0x15没有找到定义，猜测为保存是否可观察的数组
32 
33         id tsd = _CFGetTSD(0x15);
34         if (tsd != nil) {
35             _additionOriginalObservable = *(tsd + 0x10);
36         }
37     }
38     //在原有信息上生成新的信息
39     Info *newInfo = __NSKeyValueObservationInfoCreateByAdding
40     (info, observer, property, option, context, _additionOriginalObservable, 0, 1);
41     //替换属性的观察信息
42     __NSKeyValueReplaceObservationInfoForObject(self, property->_containerClass, info, newInfo);
43     //属性添加后递归添加关联属性
44     [property object:self didAddObservance:newInfo recurse:true];
45     //获取新的isa
46     Class cls = [property isaForAutonotifying];
47     if ((cls != NULL) && (object_getClass(self) != cls)) {
48         //如果是第一次就替换isa
49         object_setClass(self, cls);
50     }
51     //释放观察信息
52     [newInfo release];
53     if (info != nil) {
54         [info release];
55     }
56     return;
57 }

其中有可能替换方法实现的步骤是获取 isa 的时候，猜测当第一次创建新类的时候，会注册新的方法，接着追踪 isaForAutonotifying 方法。

 获取观察类

 1 void * -[NSKeyValueUnnestedProperty _isaForAutonotifying]
 2     (void * self, void * _cmd) {
 3     rbx = self;
 4     r14 = *_OBJC_IVAR_$_NSKeyValueProperty._containerClass;
 5     if ([*(rbx + r14)->_originalClass 
 6         automaticallyNotifiesObserversForKey:rbx->_keyPath] != 0x0) {
 7             r14 = __NSKeyValueContainerClassGetNotifyingInfo(*(rbx + r14));
 8             if (r14 != 0x0) {
 9                     __NSKVONotifyingEnableForInfoAndKey(r14, rbx->_keyPath);
10                     rax = *(r14 + 0x8);
11             }
12             else {
13                     rax = 0x0;
14             }
15     }
16     else {
17             rax = 0x0;
18     }
19     return rax;
20 }

 

立刻发现了熟悉的方法！

automaticallyNotifiesObserversForKey: 是一个类方法，如果你不希望某个属性被观察，那么就设为 NO，isa 返回是空也就宣告这次添加观察失败。

如果一切顺利的话，将会执行__NSKVONotifyingEnableForInfoAndKey(info, keyPath) 改变 class的方法，最终返回其 isa。

 实质替换方法

由于该方法实在太长，且使用了goto不方便阅读，所以依旧整理成伪代码。

 1 //伪代码，仅供理解
 2 int __NSKVONotifyingEnableForInfoAndKey(void *info, id keyPath) {
 3     //线程锁加锁
 4     pthread_mutex_lock(info + 0x20);
 5     //添加keyPath到数组
 6     CFSetAddValue(*(info + 0x10), keyPath);
 7     //解锁
 8     pthread_mutex_unlock(info + 0x20);
 9     //判断原类实现能不能替换
10     Class originClass = *info;
11     MethodClass *methodClass = 
12     __NSKeyValueSetterForClassAndKey(originClass, keyPath, originClass);
13     if (![methodClass isKindOfClass:[NSKeyValueMethodSetter class]]) {
14         swizzleMutableMethod(info, keyPath);
15         return;
16     }
17     //判断Setter方法返回值
18     Method method = [methodClass method];
19     if (*(int8_t *)method_getTypeEncoding(method) != _C_VOID) {
20         _NSLog(@"KVO autonotifying only supports -set: methods that return void.");
21         swizzleMutableMethod(info, keyPath);
22         return;
23     }
24     //获取Setter方法参数
25     char *typeEncoding = method_copyArgumentType(method, 0x2);
26     char type = sign_extend_64(*(int8_t *)typeEncoding);
27     SEL sel;//根据参数类型选择替换的方法
28     switch (type) {
29         case _C_BOOL: sel = __NSSetBoolValueAndNotify;
30         case _C_UCHR: sel = __NSSetUnsignedCharValueAndNotify;
31         case _C_UINT: sel = __NSSetUnsignedIntValueAndNotify;
32         case _C_ULNG: sel = __NSSetUnsignedLongValueAndNotify;
33         case _C_ULNG_LNG: sel = __NSSetUnsignedLongLongValueAndNotify;
34         case _C_CHR: sel = __NSSetCharValueAndNotify;
35         case _C_DBL: sel = __NSSetDoubleValueAndNotify;
36         case _C_FLT: sel = __NSSetFloatValueAndNotify;
37         case _C_INT: sel = __NSSetIntValueAndNotify;
38         case _C_LNG: sel = __NSSetLongValueAndNotify;
39         case _C_LNG_LNG: sel = __NSSetLongLongValueAndNotify;
40         case _C_SHT: sel = __NSSetShortValueAndNotify;
41         case _C_USHT: sel = __NSSetUnsignedShortValueAndNotify;
42         case _C_LNG_LNG: sel = __NSSetLongLongValueAndNotify;
43         case _C_ID: sel = __NSSetObjectValueAndNotify;
44         case "{CGPoint=dd}": sel = __NSSetPointValueAndNotify;
45         case "{_NSRange=QQ}": sel = __NSSetRangeValueAndNotify;
46         case "{CGRect={CGPoint=dd}{CGSize=dd}}": sel = __NSSetRectValueAndNotify;
47         case "{CGSize=dd}": sel = __NSSetSizeValueAndNotify;
48         case *_NSKeyValueOldSizeObjCTypeName: sel = __CF_forwarding_prep_0;
49         default;
50     }
51     //不支持的参数类型打印错误信息
52     if (sel == NULL) {
53         _NSLog(@"KVO autonotifying only supports -set: methods that take id,
54         NSNumber-supported scalar types, and some NSValue-supported structure types.")
55         swizzleMutableMethod(info, keyPath);
56         return;
57     }
58     //替换方法实现
59     SEL methodSel = method_getName(method);
60     _NSKVONotifyingSetMethodImplementation(info, methodSel, sel, keyPath);
61     if (sel == __CF_forwarding_prep_0) {
62         _NSKVONotifyingSetMethodImplementation(info, @selector(forwardInvocation:), 
63          _NSKVOForwardInvocation, false);
64         Class cls = *(info + 0x8);
65         SEL newSel = sel_registerName("_original_" + sel_getName(methodSel));
66         Imp imp = method_getImplementation(method);
67         TypeEncoding type = method_getTypeEncoding(method);
68         class_addMethod(cls, newSel, imp, type);
69     }
70     swizzleMutableMethod(info, keyPath);
71 }

 可以表述为根据 Setter 方法输入参数类型，匹配合适的 NSSetValueAndNotify 实现来替换，从而实现效果。

那么 swizzleMutableMethod 是干嘛的呢？

 1 //替换可变数组集合的方法
 2 int swizzleMutableMethod(void *info, id keyPath) {
 3     //NSKeyValueArray
 4     CFMutableSetRef getterSet = __NSKeyValueMutableArrayGetterForIsaAndKey(*info, keyPath);
 5     if ([getterSet respondsToSelector:mutatingMethods]) {
 6         mutatingMethods methodList = [getterSet mutatingMethods];
 7         replace methodList->insertObjectAtIndex _NSKVOInsertObjectAtIndexAndNotify
 8         replace methodList->insertObjectsAtIndexes _NSKVOInsertObjectsAtIndexesAndNotify
 9         replace methodList->removeObjectAtIndex _NSKVORemoveObjectAtIndexAndNotify
10         replace methodList->removeObjectsAtIndexes _NSKVORemoveObjectsAtIndexesAndNotify
11         replace methodList->replaceObjectAtIndex _NSKVOReplaceObjectAtIndexAndNotify
12         replace methodList->replaceObjectsAtIndexes _NSKVOReplaceObjectsAtIndexesAndNotify
13     }
14     //NSKeyValueOrderedSet
15     getterSet = __NSKeyValueMutableOrderedSetGetterForIsaAndKey(*info, keyPath);
16     if ([getterSet respondsToSelector:mutatingMethods]) {
17         mutatingMethods methodList = [getterSet mutatingMethods];
18         replace methodList->insertObjectAtIndex _NSKVOInsertObjectAtIndexAndNotify
19         replace methodList->insertObjectsAtIndexes _NSKVOInsertObjectsAtIndexesAndNotify
20         replace methodList->removeObjectAtIndex _NSKVORemoveObjectAtIndexAndNotify
21         replace methodList->removeObjectsAtIndexes _NSKVORemoveObjectsAtIndexesAndNotify
22         replace methodList->replaceObjectAtIndex _NSKVOReplaceObjectAtIndexAndNotify
23         replace methodList->replaceObjectsAtIndexes _NSKVOReplaceObjectsAtIndexesAndNotify
24     }
25     //NSKeyValueSet
26     getterSet = __NSKeyValueMutableSetGetterForClassAndKey(*info, keyPath);
27     if ([getterSet respondsToSelector:mutatingMethods]) {
28         mutatingMethods methodList = [getterSet mutatingMethods];
29         replace methodList->addObject _NSKVOAddObjectAndNotify
30         replace methodList->intersectSet _NSKVOIntersectSetAndNotify
31         replace methodList->minusSet _NSKVOMinusSetAndNotify
32         replace methodList->removeObject _NSKVORemoveObjectAndNotify
33         replace methodList->unionSet _NSKVOUnionSetAndNotify
34     }
35     //改变新类的方法缓存
36     __NSKeyValueInvalidateCachedMutatorsForIsaAndKey(*(info + 0x8), keyPath);
37     return rax;
38 }

 前面提到的都是一对一，那如果我想观察一对多的集合类呢？就是通过 KVC 中的 mutableArrayValueForKey: 返回一个代理集合，改变这些代理类的实现做到的。具体的例子之后会介绍。

 创建新类

还有一个疑问就是替换的类是怎么创建的？具体方法在 __NSKVONotifyingEnableForInfoAndKey 中实现。

 1 //伪代码，仅供理解
 2 int __NSKVONotifyingCreateInfoWithOriginalClass(Class cls) {
 3     //拼接新名字
 4     const char *name = class_getName(cls);
 5     int length = strlen(r12) + 0x10;//16是NSKVONotifying_的长度
 6     char *newName = malloc(length);
 7     __strlcpy_chk(newName, "NSKVONotifying_", length, -1);
 8     __strlcat_chk(newName, name, length, -1);
 9     //生成一个继承原类的新类
10     Class newCls = objc_allocateClassPair(cls, newName, 0x68);
11     free(newName);
12     if (newCls != NULL) {
13         objc_registerClassPair(newCls);
14         //获取额外的实例变量表
15         void *indexedIvars = object_getIndexedIvars(newCls);
16         *indexedIvars = cls;            //记录原isa
17         *(indexedIvars + 0x8) = newCls; //记录新isa
18         //新建一个集合，保存观察的keyPath
19         *(indexedIvars + 0x10) = CFSetCreateMutable(0x0, 0x0, _kCFCopyStringSetCallBacks);
20         //新建一个字典，保存改变过的SEL
21         *(indexedIvars + 0x18) = CFDictionaryCreateMutable(0x0, 0x0, 0x0,   
22                                 _kCFTypeDictionaryValueCallBacks);
23         //新建一个线程锁
24         pthread_mutexattr_init(var_38);
25         pthread_mutexattr_settype(var_38, 0x2);
26         pthread_mutex_init(indexedIvars + 0x20, var_38);
27         pthread_mutexattr_destroy(var_38);
28         //获取NSObject类默认的实现
29         if (*__NSKVONotifyingCreateInfoWithOriginalClass.NSObjectIMPLookupOnce == NULL) {
30             static dispatch_once_t onceToken;
31             dispatch_once(&onceToken, ^{
32                 *__NSKVONotifyingCreateInfoWithOriginalClass.NSObjectWillChange = 
33                 class_getMethodImplementation([NSObject class],
34                 @selector(willChangeValueForKey:));
35 
36                 *__NSKVONotifyingCreateInfoWithOriginalClass.NSObjectDidChange = 
37                 class_getMethodImplementation([NSObject class], 
38                 @selector(didChangeValueForKey:));
39             });
40         }
41         //设置是否替换过ChangeValue方法的flag
42         BOOL isChangedImp = YES;
43         if (class_getMethodImplementation(cls, @selector(willChangeValueForKey:)) == 
44         *__NSKVONotifyingCreateInfoWithOriginalClass.NSObjectWillChange) {
45             BOOL isChangedDidImp = 
46                 class_getMethodImplementation(cls, @selector(didChangeValueForKey:)) 
47                 != 
48                 *__NSKVONotifyingCreateInfoWithOriginalClass.NSObjectDidChange;
49             isChangedImp = isChangedDidImp ? YES : NO;
50         }
51         *(int8_t *)(indexedIvars + 0x60) = isChangedImp;
52         
53         //使用KVO的实现替换原类方法
54         _NSKVONotifyingSetMethodImplementation(indexedIvars, @selector(_isKVOA),
55          _NSKVOIsAutonotifying, false/*是否需要保存SEL到字典*/);
56 
57         _NSKVONotifyingSetMethodImplementation(indexedIvars, @selector(dealloc), 
58          _NSKVODeallocate, false);
59 
60         _NSKVONotifyingSetMethodImplementation(indexedIvars, @selector(class), 
61          _NSKVOClass, false);
62     }
63     return newCls;
64 }

建立关系

还有一种情况就是观察的属性依赖于多个关系，比如 color 可能依赖于 r g b a，其中任何一个改变，都需要通知 color 的变化。

建立关系的方法是

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

或 + (NSSet *)keyPathsForValuesAffecting

返回依赖键值的字符串集合

 1 //伪代码
 2 + (NSSet *)keyPathsForValuesAffectingValueForKey:(NSString *)key {
 3     char *str = "keyPathsForValuesAffecting" + key;
 4     SEL sel = sel_registerName(str);
 5     Method method = class_getClassMethod(self, sel);
 6     if (method != NULL) {
 7         result = method_invoke(self, method);
 8     } else {
 9         result = [self _keysForValuesAffectingValueForKey:key];
10     }
11     return result;
12 }

 还记得之前在 _addObserver 方法中有这段代码吗？

//属性添加后递归添加关联属性
[property object:self didAddObservance:newInfo recurse:true];

 其中 NSKeyValueProperty 也是一个类簇，具体分为 NSKeyValueProperty NSKeyValueComputedProperty NSKeyValueUnnestedProperty NSKeyValueNestedProperty，从名字也看出 NSKeyValueNestedProperty 是指嵌套子属性的属性类，那我们观察下他的实现。

 1 //伪代码
 2 - (void)object:(id)obj didAddObservance:(id)info recurse:(BOOL)isRecurse {
 3     if (self->_isAllowedToResultInForwarding != nil) {
 4         //获得关系键
 5         relateObj = [obj valueForKey:self->_relationshipKey];
 6         //注册所有关系通知
 7         [relateObj addObserver:info 
 8                     forKeyPath:self->_keyPathFromRelatedObject 
 9                        options:info->options 
10                        context:nil];
11     } 
12     //再往下递归
13     [self->_relationshipProperty object:obj didAddObservance:info recurse:isRecurse];
14 }

 至此，实现的大致整体轮廓比较了解了，下面会讲一下怎么把原理运用到实际。

---

 应用原理

手动触发

当 +(BOOL)automaticallyNotifiesObserversForKey:(NSString *)key 返回是 YES，那么注册的这个 Key 就会替换对应的 Setter ，从而在改变的时候调用 -(void)willChangeValueForKey:(NSString *)key 与 -(void)didChangeValueForKey:(NSString *)key 发送通知给观察者。

那么只要把自动通知设为 NO，并代码实现这两个通知方法，就可以达到手动触发的要求。

 1 + (BOOL)automaticallyNotifiesObserversForKey:(NSString *)key {
 2     if ([key isEqualToString:@"object"]) {
 3         return false;
 4     }
 5     
 6     return [super automaticallyNotifiesObserversForKey:key];
 7 }
 8 
 9 - (void)setObject:(NSObject *)object {
10     if (object != _object) {
11         [self willChangeValueForKey:@"object"];
12         _object = object;
13         [self didChangeValueForKey:@"object"];
14     }
15 }

 如果操作的是之前提到的集合对象，那么实现的方法就需要变为

 1 - (void)willChange:(NSKeyValueChange)changeKind 
 2    valuesAtIndexes:(NSIndexSet *)indexes 
 3             forKey:(NSString *)key;
 4 - (void)didChange:(NSKeyValueChange)changeKind 
 5   valuesAtIndexes:(NSIndexSet *)indexes 
 6            forKey:(NSString *)key;
 7 
 8 - (void)willChangeValueForKey:(NSString *)key 
 9               withSetMutation:(NSKeyValueSetMutationKind)mutationKind 
10                  usingObjects:(NSSet *)objects;
11 - (void)didChangeValueForKey:(NSString *)key 
12              withSetMutation:(NSKeyValueSetMutationKind)mutationKind 
13                 usingObjects:(NSSet *)objects;

依赖键观察

之前也有提过构建依赖关系的方法，具体操作如下

 1 + (NSSet *)keyPathsForValuesAffectingValueForKey:(NSString *)key {
 2     if ([key isEqualToString:@"color"]) {
 3         return [NSSet setWithObjects:@"r",@"g",@"b",@"a",nil];
 4     }
 5     
 6     return [super keyPathsForValuesAffectingValueForKey:key];
 7 }
 8 
 9 //建议使用静态指针地址作为上下文区分不同的观察
10 static void * const kColorContext = (void*)&kColorContext;
11 - (void)viewDidLoad {
12     [super viewDidLoad];
13 
14     [self addObserver:self forKeyPath:@"color" 
15               options:NSKeyValueObservingOptionNew 
16               context:kColorContext];
17     self.r = 133;
18 }
19 
20 - (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath 
21                       ofObject:(id)object 
22                         change:(NSDictionaryid> *)change 
23                        context:(void *)context {
24     if (context == kColorContext) {
25         NSLog(@"%@", keyPath); 
26         //outprint --> color
27     }
28 }

可变数组与集合

不可变的数组与集合由于内部结构固定，所以只能通过观察容器类内存地址来判断是否变化，也就是 NSKeyValueChangeSetting。

集合和数组的观察都很类似，我们先关注如果要观察可变数组内部插入移除的变化呢？

先了解一下集合代理方法，- (NSMutableArray *)mutableArrayValueForKey:，这是一个 KVC 方法，能够返回一个可供观察的 NSKeyValueArray 对象。

根据苹果注释，其搜索顺序如下

1.搜索是否实现最少一个插入与一个删除方法

1 -insertObject:inAtIndex:
2 -removeObjectFromAtIndex:
3 -insert:atIndexes:
4 -removeAtIndexes:

2.否则搜索是否有 set: 方法，有的话每次都把修改数组重新赋值回原属性。

3.否则检查 + (BOOL)accessInstanceVariablesDirectly，如果是YES，就查找成员变量_ or ，此后所有的操作针对代理都转接给成员变量执行。

4.最后进入保护方法valueForUndefinedKey:

第一种方法

 1 - (void)insertObject:(NSObject *)object inDataArrayAtIndex:(NSUInteger)index {
 2     [_dataArray insertObject:object atIndex:index];
 3 }
 4 
 5 - (void)removeObjectFromDataArrayAtIndex:(NSUInteger)index {
 6     [_dataArray removeObjectAtIndex:index];
 7 }
 8 
 9 - (void)viewDidLoad {
10     [super viewDidLoad];
11     
12     _dataArray = @[].mutableCopy;
13     [self addObserver:self forKeyPath:@"dataArray" 
14     options:NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld |  
15     NSKeyValueObservingOptionPrior context:nil];
16     [self insertObject:@1 inDataArrayAtIndex:0];
17 }

通过实现了insert与remove方法，使得代理数组能够正常运作数组变量，KVO 观察了代理数组的这两个方法，发出了我们需要的通知。

这种方式使用了第一步搜索，比较容易理解，缺点是改动的代码比较多，改动数组必须通过自定义方法。

第二种方法

 1 @property (nonatomic, strong, readonly) NSMutableArray *dataArray;
 2 
 3 @synthesize dataArray = _dataArray;
 4 
 5 - (NSMutableArray *)dataArray {
 6     return [self mutableArrayValueForKey:@"dataArray"];
 7 }
 8 
 9 - (void)viewDidLoad {
10     [super viewDidLoad];
11 
12     _dataArray = @[].mutableCopy;
13     [self addObserver:self forKeyPath:@"dataArray" 
14     options:NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld |   
15     NSKeyValueObservingOptionPrior context:nil];
16     [self.dataArray addObject:@1];
17 }

这种方式相对来说更简洁，修改数组的方法与平时一致，比较适合使用。

下面说一下原理，首先我们没有实现对应的insert与remove方法，其次readonly属性也没有set:方法，但我们实现了 @synthesize dataArray = _dataArray; 所以根据第三步对代理数组的操作都会实际操作到实例变量中。

然后重载了 dataArray 的 Getter 方法，保证了修改数组时必须调用主体是self.dataArray，也就是代理数组，从而发送通知。

---

 问答

KVO的底层实现？

KVO 就是通过 Runtime 替换被观察类的 Setter 实现，从而在发生改变时发起通知。

如何取消系统默认的KVO并手动触发（给KVO的触发设定条件：改变的值符合某个条件时再触发KVO）？

通过设置 automaticallyNotifiesObserversForKey 为 False 实现取消自动触发。

符合条件再触发可以这么实现。

 1 - (void)setObject:(NSObject *)object {
 2     if (object == _object) return;
 3 
 4     BOOL needNotify = [object isKindOfClass:[NSString class]];
 5     if (needNotify) {
 6         [self willChangeValueForKey:@"object"];    
 7     }
 8     _object = object;
 9     if (needNotify) {
10         [self didChangeValueForKey:@"object"];
11     }
12 }

---

总结

由于对汇编语言、反编译工具、objc4开源代码的不熟悉，这篇文章写了一周时间，结构也有点混乱。

所幸还是理顺了整体结构，在整理的过程中学会了很多很多。

由于才疏学浅，其中对汇编和源码的解释难免出错，还望大佬多多指教！

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资料分享

ObjC中国的期刊 KVC和KVO

杨大牛的 Objective-C中的KVC和KVO

iOS开发技巧系列---详解KVC(我告诉你KVC的一切)

转载于:https://www.cnblogs.com/mustard22/articles/11098543.html