KVO原理分析
概述
KVO全称KeyValueObserving，是苹果提供的一套事件通知机制。允许对象监听另一个对象特定属性的改变，并在改变时接收到事件。由于KVO的实现机制，所以对属性才会发生作用，一般继承自NSObject的对象都默认支持KVO。
KVO和NSNotificationCenter都是iOS中观察者模式的一种实现。区别在于，相对于被观察者和观察者之间的关系，KVO是一对一的，而一对多是NSNotificationCenter。KVO对被监听对象无侵入性，不需要修改其内部代码即可实现监听。
KVO可以监听单个属性的变化，也可以监听集合对象的变化。通过KVC的mutableArrayValueForKey:等方法获得代理对象，当代理对象的内部对象发生改变时，会回调KVO监听的方法。集合对象包含NSArray和NSSet。
基础使用
使用KVO分为三个步骤：
- 通过
addObserver:forKeyPath:options:context:方法注册观察者，观察者可以接收keyPath属性的变化事件。 - 在观察者中实现
observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:方法，当keyPath属性发生改变后，KVO会回调这个方法来通知观察者。 - 当观察者不需要监听时，可以调用
removeObserver:forKeyPath:方法将KVO移除。需要注意的是，调用removeObserver需要在观察者消失之前，否则会导致Crash。
注册方法
在注册观察者时，可以传入options参数，参数是一个枚举类型。如果传入NSKeyValueObservingOptionNew和NSKeyValueObservingOptionOld表示接收新值和旧值，默认为只接收新值。如果想在注册观察者后，立即接收一次回调，则可以加入NSKeyValueObservingOptionInitial枚举。
还可以通过方法context传入任意类型的对象，在接收消息回调的代码中可以接收到这个对象，是KVO中的一种传值方式。
在调用addObserver方法后，KVO并不会对观察者进行强引用，所以需要注意观察者的生命周期，否则会导致观察者被释放带来的Crash。
监听方法
观察者需要实现observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:方法，当KVO事件到来时会调用这个方法，如果没有实现会导致Crash。change字典中存放KVO属性相关的值，根据options时传入的枚举来返回。枚举会对应相应key来从字典中取出值，例如有NSKeyValueChangeOldKey字段，存储改变之前的旧值。
change中还有NSKeyValueChangeKindKey字段，和NSKeyValueChangeOldKey是平级的关系，来提供本次更改的信息，对应NSKeyValueChange枚举类型的value。例如被观察属性发生改变时，字段为NSKeyValueChangeSetting。
如果被观察对象是集合对象，在NSKeyValueChangeKindKey字段中会包含NSKeyValueChangeInsertion、NSKeyValueChangeRemoval、NSKeyValueChangeReplacement的信息，表示集合对象的操作方式。
兼容的调用方式
调用KVO属性对象时，不仅可以通过点语法和set语法进行调用，KVO兼容很多种调用方式。
// 直接调用set方法，或者通过属性的点语法间接调用
[account setName:@"Savings"];
// 使用KVC的setValue:forKey:方法
[account setValue:@"Savings" forKey:@"name"];
// 使用KVC的setValue:forKeyPath:方法
[document setValue:@"Savings" forKeyPath:@"account.name"];
// 通过mutableArrayValueForKey:方法获取到代理对象，并使用代理对象进行操作
Transaction *newTransaction = <#Create a new transaction for the account#>;
NSMutableArray *transactions = [account mutableArrayValueForKey:@"transactions"];
[transactions addObject:newTransaction];
实际应用
KVO主要用来做键值观察操作，想要一个值发生改变后通知另一个对象，则用KVO实现最为合适。斯坦福大学的iOS教程中有一个很经典的案例，通过KVO在Model和Controller之间进行通信。
斯坦福大学 KVO示例
注意点
KVO的addObserver和removeObserver需要是成对的，如果重复remove则会导致NSRangeException类型的Crash，如果忘记remove则会在观察者释放后再次接收到KVO回调时Crash。
苹果官方推荐的方式是，在init的时候进行addObserver，在dealloc时removeObserver，这样可以保证add和remove是成对出现的，是一种比较理想的使用方式。
手动调用KVO
KVO在属性发生改变时的调用是自动的，如果想要手动控制这个调用时机，或想自己实现KVO属性的调用，则可以通过KVO提供的方法进行调用。
- (void)setBalance:(double)theBalance {
if (theBalance != _balance) {
[self willChangeValueForKey:@"balance"];
_balance = theBalance;
[self didChangeValueForKey:@"balance"];
}
}可以看到调用KVO主要依靠两个方法，在属性发生改变之前调用willChangeValueForKey:方法，在发生改变之后调用didChangeValueForKey:方法。
如果想控制当前对象的自动调用过程，也就是由上面两个方法发起的KVO调用，则可以重写下面方法。方法返回YES则表示可以调用，如果返回NO则表示不可以调用。
+ (BOOL)automaticallyNotifiesObserversForKey:(NSString *)theKey {
BOOL automatic = NO;
if ([theKey isEqualToString:@"balance"]) {
automatic = NO;
}
else {
automatic = [super automaticallyNotifiesObserversForKey:theKey];
}
return automatic;
}实现原理
KVO是通过isa-swizzling技术实现的(这句话是整个KVO实现的重点)。在运行时根据原类创建一个中间类，这个中间类是原类的子类，并动态修改当前对象的isa指向中间类。并且将class方法重写，返回原类的Class。所以苹果建议在开发中不应该依赖isa指针，而是通过class实例方法来获取对象类型。
测试代码
为了测试KVO的实现方式，我们加入下面的测试代码。首先创建一个KVOObject类，并在里面加入两个属性，然后重写description方法，并在内部打印一些关键参数。
@interface KVOObject : NSObject
@property (nonatomic, copy ) NSString *name;
@property (nonatomic, assign) NSInteger age;
@end
@implementation KVOObject
- (NSString *)description {
NSLog(@"object address : %p \n", self);
IMP nameIMP = class_getMethodImplementation(object_getClass(self), @selector(setName:));
IMP ageIMP = class_getMethodImplementation(object_getClass(self), @selector(setAge:));
NSLog(@"object setName: IMP %p object setAge: IMP %p \n", nameIMP, ageIMP);
Class objectMethodClass = [self class];
Class objectRuntimeClass = object_getClass(self);
Class superClass = class_getSuperclass(objectRuntimeClass);
NSLog(@"objectMethodClass : %@, ObjectRuntimeClass : %@, superClass : %@ \n", objectMethodClass, objectRuntimeClass, superClass);
NSLog(@"object method list \n");
unsigned int count;
Method *methodList = class_copyMethodList(objectRuntimeClass, &count);
for (NSInteger i = 0; i < count; i++) {
Method method = methodList[i];
NSString *methodName = NSStringFromSelector(method_getName(method));
NSLog(@"method Name = %@\n", methodName);
}
return @"";
}在另一个类中分别创建两个KVOObject对象，其中一个对象被观察者通过KVO的方式监听，另一个对象则始终没有被监听。在KVO前后分别打印两个对象的关键信息，看KVO前后有什么变化。
@property (nonatomic, strong) KVOObject *object1;
@property (nonatomic, strong) KVOObject *object2;
self.object1 = [[KVOObject alloc] init];
self.object2 = [[KVOObject alloc] init];
[self.object1 description];
[self.object2 description];
[self.object1 addObserver:self forKeyPath:@"name" options:NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld context:nil];
[self.object1 addObserver:self forKeyPath:@"age" options:NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld context:nil];
[self.object1 description];
[self.object2 description];
self.object1.name = @"lxz";
self.object1.age = 20;下面是KVO前后打印的关键信息，我们在下面做详细分析。
// 第一次
object address : 0x604000239340
object setName: IMP 0x10ddc2770 object setAge: IMP 0x10ddc27d0
objectMethodClass : KVOObject, ObjectRuntimeClass : KVOObject, superClass : NSObject
object method list
method Name = .cxx_destruct
method Name = description
method Name = name
method Name = setName:
method Name = setAge:
method Name = age
object address : 0x604000237920
object setName: IMP 0x10ddc2770 object setAge: IMP 0x10ddc27d0
objectMethodClass : KVOObject, ObjectRuntimeClass : KVOObject, superClass : NSObject
object method list
method Name = .cxx_destruct
method Name = description
method Name = name
method Name = setName:
method Name = setAge:
method Name = age
// 第二次
object address : 0x604000239340
object setName: IMP 0x10ea8defe object setAge: IMP 0x10ea94106
objectMethodClass : KVOObject, ObjectRuntimeClass : NSKVONotifying_KVOObject, superClass : KVOObject
object method list
method Name = setAge:
method Name = setName:
method Name = class
method Name = dealloc
method Name = _isKVOA
object address : 0x604000237920
object setName: IMP 0x10ddc2770 object setAge: IMP 0x10ddc27d0
objectMethodClass : KVOObject, ObjectRuntimeClass : KVOObject, superClass : NSObject
object method list
method Name = .cxx_destruct
method Name = description
method Name = name
method Name = setName:
method Name = setAge:
method Name = age我们发现对象被KVO后，其真正类型变为了NSKVONotifying_KVOObject类，已经不是之前的类了。KVO会在运行时动态创建一个新类，将对象的isa指向新创建的类，新类是原类的子类，命名规则是NSKVONotifying_xxx的格式。KVO为了使其更像之前的类，还会将对象的class实例方法重写，使其更像原类。
在上面的代码中还发现了_isKVOA方法，这个方法可以当做使用了KVO的一个标记，系统可能也是这么用的。如果我们想判断当前类是否是KVO动态生成的类，就可以从方法列表中搜索这个方法。
重写setter方法
KVO 调用栈
KVO会重写keyPath对应属性的setter方法，没有被KVO的属性则不会重写其setter方法。在重写的setter方法中，修改值之前会调用willChangeValueForKey:方法，修改值之后会调用didChangeValueForKey:方法，这两个方法最终都会被调用到observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:方法中。
object_getClass
为什么上面调用runtime的object_getClass函数，就可以获取到真正的类呢？
调用object_getClass函数后其返回的是一个Class类型，Class是objc_class定义的一个typedef别名，通过objc_class就可以获取到对象的isa指针指向的Class，也就是对象的类对象。
由此可以推测，object_getClass函数内部返回的是对象的isa指针。
typedef struct objc_class *Class;
struct objc_class {
Class _Nonnull isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#if !__OBJC2__
Class _Nullable super_class OBJC2_UNAVAILABLE;
const char * _Nonnull name OBJC2_UNAVAILABLE;
long version OBJC2_UNAVAILABLE;
long info OBJC2_UNAVAILABLE;
long instance_size OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_ivar_list * _Nullable ivars OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_method_list * _Nullable * _Nullable methodLists OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_cache * _Nonnull cache OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_protocol_list * _Nullable protocols OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
}
缺点
苹果提供的KVO自身存在很多问题，首要问题在于，KVO如果使用不当很容易崩溃。例如重复add和remove导致的Crash，Observer被释放导致的崩溃，keyPath传错导致的崩溃等。
因为系统为了实现KVO,为NSObject添加了一个名为NSKeyValueObserverRegistration的Category，KVO的add和remove的实现都在里面。在移除的时候，系统会判断当前KVO的key是否已经被移除，如果已经被移除，则主动抛出一个NSException的移除。
奔溃信息可以在KVO的崩溃堆栈中都可以看出来。
在调用KVO时需要传入一个keyPath，由于keyPath是字符串的形式，所以其对应的属性发生改变后，字符串没有改变容易导致Crash。我们可以利用系统的反射机制将keyPath反射出来，这样编译器可以在@selector()中进行合法性检查。
NSStringFromSelector(@selector(isFinished))KVO是一种事件绑定机制的实现，在keyPath对应的值发生改变后会回调对应的方法。这种数据绑定机制，在对象关系很复杂的情况下，很容易导致不好排查的bug。例如keyPath对应的属性被调用的关系很复杂，就不太建议对这个属性进行KVO，可以想一下RAC的信号脑补一下。
自己实现KVO
除了上面的缺点，KVO还不支持block语法，需要单独重写父类方法，这样加上add和remove方法就会导致代码很分散。所以，我通过runtime简单的实现了一个KVO，源码放在我的Github上，叫做EasyKVO。
self.object1 = [[KVOObject alloc] init];
[self.object1 lxz_addObserver:self originalSelector:@selector(name) callback:^(id observedObject, NSString *observedKey, id oldValue, id newValue) {
// callback
}];
self.object1.name = @"lxz";
[self.object1 lxz_removeObserver:self originalSelector:@selector(name)];调用代码很简单，直接通过lxz_addObserver:originalSelector:callback:方法就可以添加KVO的监听，可以通过callback的block接收属性发生改变后的回调，而且方法的keyPath接收的是一个SEL类型参数，所以可以通过@selector()传入参数时进行方法合法性检查，如果是未实现的方法直接就会报警告。
通过lxz_removeObserver:originalSelector:方法传入观察者和keyPath，当观察者所有keyPath都移除后则从KVO中移除观察者对象。
如果重复addObserver和removeObserver也没事，内部有判断逻辑。EasyKVO内部通过weak对观察者做引用，并不会影响观察者的生命周期，并且在观察者释放后不会导致Crash。一次add方法调用对应一个block，如果观察者监听多个keyPath属性，不需要在block回调中判断keyPath。
注意
需要注意的是，EasyKVO只是做技术交流，不建议在项目中使用。因为KVO实现需要考虑很多情况，继承关系、多个观察者等很多问题。
KVOController
想在项目中安全便捷的使用KVO的话，推荐Facebook的一个KVO开源第三方框架-KVOController。KVOController本质上是对系统KVO的封装，具有原生KVO所有的功能，而且规避了原生KVO的很多问题，兼容block和action两种回调方式。
源码分析
从源码来看还是比较简单的，主要分为NSObject的Category和FBKVOController两部分。
FBKVOController
在Category中提供了KVOController和KVOControllerNonRetaining两个属性，顾名思义第一个会对observer产生强引用，第二个则不会。其内部代码就是创建FBKVOController对象的代码，并将创建出来的对象赋值给Category的属性，直接通过这个Category就可以懒加载创建FBKVOController对象。
- (FBKVOController *)KVOControllerNonRetaining
{
id controller = objc_getAssociatedObject(self, NSObjectKVOControllerNonRetainingKey);
if (nil == controller) {
controller = [[FBKVOController alloc] initWithObserver:self retainObserved:NO];
self.KVOControllerNonRetaining = controller;
}
return controller;
}FBKVOController部分
在FBKVOController中分为三部分，_FBKVOInfo是一个私有类，这个类的功能很简单，就是以结构化的形式保存FBKVOController所需的各个对象，类似于模型类的功能。
还有一个私有类_FBKVOSharedController，这是FBKVOController框架实现的关键。从命名上可以看出其是一个单例，所有通过FBKVOController实现的KVO，观察者都是它。每次通过FBKVOController添加一个KVO时，_FBKVOSharedController都会将自己设为观察者，并在其内部实现observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:方法，将接收到的消息通过block或action进行转发。
其功能很简单，通过observe:info:方法添加KVO监听，并用一个NSHashTable保存_FBKVOInfo信息。通过unobserve:info:方法移除监听，并从NSHashTable中将对应的_FBKVOInfo移除。这两个方法内部都会调用系统的KVO方法。
在外界使用时需要用FBKVOController类，其内部实现了初始化以及添加和移除监听的操作。在调用添加监听方法后，其内部会创建一个_FBKVOInfo对象，并通过一个NSMapTable对象进行持有，然后会调用_FBKVOSharedController来进行注册监听。
使用FBKVOController的话，不需要手动调用removeObserver方法，在被监听对象消失的时候，会在dealloc中调用remove方法。如果因为业务需求，可以手动调用remove方法，重复调用remove方法不会有问题。
- (void)_observe:(id)object info:(_FBKVOInfo *)info
{
NSMutableSet *infos = [_objectInfosMap objectForKey:object];
_FBKVOInfo *existingInfo = [infos member:info];
if (nil != existingInfo) {
return;
}
if (nil == infos) {
infos = [NSMutableSet set];
[_objectInfosMap setObject:infos forKey:object];
}
[infos addObject:info];
[[_FBKVOSharedController sharedController] observe:object info:info];
}
因为FBKVOController的实现很简单，所以这里就很简单的讲讲，具体实现可以去Github下载源码仔细分析一下
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