iOS底層原理總結篇-- 深入理解 KVC\KVO 實現機制

小李小李一路有你發表於2018-12-26

...

一. KVO的實現原理

面試題：

KVO相關：
1. iOS用什麼方式來實現對一個物件的KVO？（KVO的本質是什麼？）
2. 如何手動出發KVO？
3. 直接修改成員變數會觸發KVO麼？

KVC相關： 
1. 通過KVC修改屬性會觸發KVO麼？
2. KVC的賦值和取值過程是怎樣的？原理是什麼？
複製程式碼

1. 什麼是KVO？

KVO的全稱是Key-Value Observing，俗稱"鍵值監聽"，可以用於監聽摸個物件屬性值得改變。
複製程式碼

要監聽Person中的age屬性，我們就建立一個observer用來監聽age的變化，當我們age一旦發生改變，就會通知observer。

2. KVO簡單的實現

我們先簡單的回顧一下 KVO的程式碼實現。

///> DLPerson.h 檔案

#import <Foundation/Foundation.h>

NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN

@interface DLPerson : NSObject

@property (nonatomic, assign) int age;

@end

NS_ASSUME_NONNULL_END
複製程式碼

///> ViewController.m 檔案

#import "ViewController.h"
#import "DLPerson.h"
@interface ViewController ()
@property (nonatomic, strong) DLPerson *person1;
@property (nonatomic, strong) DLPerson *person2;
@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    self.person1 = [[DLPerson alloc]init];
    self.person1.age = 1;
    
    self.person2 = [[DLPerson alloc]init];
    self.person2.age = 2;
    
    ///> person1新增kvo監聽
    NSKeyValueObservingOptions options = NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld;
    [self.person1 addObserver:self forKeyPath:@"age" options:options context:nil];
}

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event{
    self.person1.age = 20;
    self.person2.age = 30;
}

- (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary<NSKeyValueChangeKey,id> *)change context:(void *)context{
    NSLog(@"監聽到了%@的%@屬性發生了改變%@",object,keyPath,change);
}

- (void)dealloc{
    ///> 使用結束後記得移除
    [self.person1 removeObserver:self forKeyPath:@"age"];
}

@end

@end
複製程式碼

輸出結果：
監聽到了<DLPerson: 0x6000033d4e40>的age屬性發生了改變- {
kind = 1;
new = 20;
old = 1;
}

///>  因為我們只監聽了person1  所以只會輸出person1的改變。
複製程式碼

3. KVO存在的疑問

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event{
    // self.person1.age = 20;
    [self.person1 setAge:20]; ///> 等同於self.person1.age = 20;
    
    self.person2.age = 30;
    [self.person2 setAge:20];///> 等同於self.person2.age = 20;
}
複製程式碼

因為當我們在DLPerson中使用@property聲名一個屬性的時候會自動生成聲名屬性的set和get方法。如下程式碼：

///> DLPerson.m檔案

#import "DLPerson.h"

@implementation DLPerson

- (void)setAge:(int)age{
    _age = age;
}

- (int)age{
    return _age;
}

@end
複製程式碼

既然person1和person2的本質都是在呼叫set方法，就一定都會走在DLPerson類中的setAge這個方法。

那麼問題來了，同樣走的是DLPerson類中的setAge方法，為什麼person1就會走到

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

方法中而person2就不會呢？

4. KVO的本質分析

如果不是很瞭解OC物件的isa指標相關知識的同學，建議先請前往窺探iOS底層實現--OC物件的分類：instance、class、meta-calss物件的isa和superclass - 掘金文章瞭解一下先。

接下來我們探究一下兩個物件的本質，首先我們person1和person2的isa列印出來檢視一下他們的例項物件isa指向的類物件是什麼？

我們會發現person1的isa指標列印出的是: NSKVONotifying_DLPerson

而person2的isa指標列印出來的是: DLPerson

person1和person2都是例項物件所以person1和person2的isa指標指向的都是類物件，

所以說，如果物件沒有新增KVO監聽那麼它的isa指向的就是自己原來的類物件，如下圖

    person2.isa == DLPerson
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當一個物件新增了KVO的監聽時，當前物件的isa指標指向的就不是你原來的類，指向的是另外一個類物件，如下圖

    person1.isa == NSKVONotifying_DLPerson
複製程式碼

NSKVONotifying_DLPerson類是 Runtime動態建立的一個類，在程式執行的過程中產生的一個新的類。
NSKVONotifying_DLPerson類是DLPerson的一個子類。
NSKVONotifying_DLPerson類存在自己的 setAge:、class、dealloc、isKVOA...方法。

當我們DLperson的例項物件呼叫setAge方法時，

例項物件的isa指標找到類物件，然後在類類物件中尋找相應的物件方法，如果有則呼叫，

如果沒有則去superclass指向的父類物件中尋找相應的物件方法，如果有則呼叫，

如果未找到相應的物件方法則會報：unrecognized selector sent to instance 錯誤
由於上圖可分析出我們的person1的isa指標指向的類物件是NSKVONotifying_DLPerson，並且NSKVONotifying_DLPerson中還帶有setAge: 方法，所以：
```
///> person1的setAge方法走的是NSKVONotifying_DLPerson類中的setAge方法，
///> 並且在KVO監聽中實現了[superclass setAge:age];，
[self.person1 setAge:20]; 

///> person2的setAge方法走的是DLPerson中的setAge:方法，
[self.person2 setAge:30]; 
複製程式碼
```
上次程式碼所示，兩個例項物件person1和person2都走了DLPerson的setAge:方法，只是新增了KVO的person1在自己的setAge方法中新增了 其他操作。

其他操作猜想 虛擬碼！：

///> NSKVONotifying_DLPerson.m 檔案

#import "NSKVONotifying_DLPerson.h"

@implementation NSKVONotifying_DLPerson

- (void)setAge:(int)age{
  _NSSetIntValueAndNotify();  ///> 文章末尾 知識點補充小結有此方法來源
}

void _NSSetIntValueAndNotify(){
  [self willChangeValueForKey:@"age"];
  [super setAge:age];
  [self didChangeValueForKey:@"age"];
}

- (void)didChangeValueForKey:(NSString *)key{
  ///> 通知監聽器 key發生了改變
  [observe observeValueForKeyPath:key ofObject:self change:nil context:nil];
}

@end
複製程式碼

_NSSetIntValueAndNotify(); ///> 文章末尾知識點補充小結有此方法來源

5. KVO的呼叫順序

由於我們的NSKVONotifying_DLPerson類不能參與編譯所以可以在 DLPerson.m中重寫它父類的方法程式碼如下：

///> ViewController.m檔案

#import "ViewController.h"
#import "DLPerson.h"
@interface ViewController ()
@property (nonatomic, strong) DLPerson *person1;
@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    self.person1 = [[DLPerson alloc]init];
    self.person1.age = 10;
    
    ///> person1新增kvo監聽
    NSKeyValueObservingOptions options = NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld;
    [self.person1 addObserver:self forKeyPath:@"age" options:options context:nil];
}

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event{
    [self.person1 setAge:20];
}

- (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary<NSKeyValueChangeKey,id> *)change context:(void *)context{
    NSLog(@"監聽到了%@的%@屬性發生了改變%@",object,keyPath,change);
}

- (void)dealloc{
    ///> 使用結束後記得移除
    [self.person1 removeObserver:self forKeyPath:@"age"];
}

@end
複製程式碼

///> DLPerson.m檔案

#import "DLPerson.h"

@implementation DLPerson

- (void)setAge:(int)age{
    _age = age;
}

- (void)willChangeValueForKey:(NSString *)key{
    [super willChangeValueForKey:key];
    NSLog(@"willChangeValueForKey");
}

- (void)didChangeValueForKey:(NSString *)key{
    NSLog(@"didChangeValueForKey - begin");
    [super didChangeValueForKey:key];
    NSLog(@"didChangeValueForKey - end");
}
@end
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輸出結果：

willChangeValueForKey
didChangeValueForKey - begin
監聽到了<DLPerson: 0x60000041afe0>的age屬性發生了改變{
    kind = 1;
    new = 20;
    old = 10;
}
didChangeValueForKey - end
複製程式碼

呼叫willChangeValueForKey:
呼叫原來的setter實現
呼叫didChangeValueForKey:

總結：didChangeValueForKey:內部會呼叫observer的observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:方法

二. KVC的實現原理

1. 什麼是KVC？

KVC的全稱key - value - coding，俗稱"鍵值編碼",可以通過key來訪問某個屬性
複製程式碼

常見的API有：

- (void)setValue:(id)value forKey:(NSString *)key;
- (void)setValue:(id)value forKeyPath:(NSString *)keyPath;

- (id)valueForKey:(NSString *)key; 
- (id)valueForKeyPath:(NSString *)keyPath;

複製程式碼

簡單的程式碼實現: DLPerson 和 DLCat

///> DLPersin.h 檔案

#import <Foundation/Foundation.h>

NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN

/**
 DLCat
 */
@interface DLCat : NSObject
@property (nonatomic, assign) int weight;
@end


/**
 DLPerson
 */
@interface DLPerson : NSObject
@property (nonatomic, assign) int age;
@property (nonatomic, strong) DLCat *cat;
@end

NS_ASSUME_NONNULL_END
複製程式碼

1.1 - (void)setValue:(id)value forKey:(NSString *)key;

///> ViewController.m 檔案

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    DLPerson *person = [[DLPerson alloc]init];
    [person setValue:@20 forKey:@"age"];
    NSLog(@"%d",person.age);
}
複製程式碼

1.1 - (void)setValue:(id)value forKeyPath:(NSString *)keyPath;

///> ViewController.m 檔案

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    DLPerson *person = [[DLPerson alloc]init];
    person.cat = [[DLCat alloc]init];
    [person setValue:@20 forKeyPath:@"cat.weight"];
    NSLog(@"%d",person.age);
    NSLog(@"%d",person.cat.weight);
}
複製程式碼

setValue:(id)value forKeyPath:(NSString *)keyPath 和 setValue:(id)value forKey:(NSString *)key 的區別：

keyPath 相當於根據路徑去尋找屬性，一層一層往下找，
key 是直接哪去屬性的名字設定，如果按路徑找會報錯

1.3 - (id)valueForKey:(NSString *)key;

///> ViewController.m 檔案

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    DLPerson *person = [[DLPerson alloc]init];
    person.age = 10;
    NSLog(@"%@",[person valueForKey:@"age"]);
}
複製程式碼

1.4 - (id)valueForKeyPath:(NSString *)keyPath;

///> ViewController.m 檔案

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    DLPerson *person = [[DLPerson alloc]init];
    person.age = 10;
    NSLog(@"%@",[person valueForKey:@"cat.weight"]);
}
複製程式碼

(id)valueForKey:(NSString *)key; 和 (id)valueForKeyPath:(NSString *)keyPath 的區別：

同理1.2-1.3

2. setValue:forKey:的原理

當我們設定setValue:forKey:時
首先會查詢setKey:、_setKey: (按順序查詢)
如果有直接呼叫

如果沒有，先檢視accessInstanceVariablesDirectly方法

+ (BOOL)accessInstanceVariablesDirectly{
      return YES;   ///> 可以直接訪問成員變數
  //    return NO;  ///>  不可以直接訪問成員變數,  
  ///> 直接訪問會報NSUnkonwKeyException錯誤  
  }
複製程式碼

如果可以訪問會按照 _key、_isKey、key、iskey的順序查詢成員變數
找到直接複製
未找到報錯NSUnkonwKeyException錯誤

_key、_isKey、key、iskey複製順序

///> DLPerson.h 檔案

@interface DLPerson : NSObject{
    @public
    int _age;
    int _isAge;
    int age;
    int isAge;
}

@end
複製程式碼

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    self.person1 = [[DLPerson alloc]init];
    ///> person1新增kvo監聽
    NSKeyValueObservingOptions options = NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld;
    [self.person1 addObserver:self forKeyPath:@"age" options:options context:nil];
    
    ///> 通過KVC修改person.age的值
    [self.person1 setValue:@20 forKey:@"age"];
    
     NSLog(@"------");
}

- (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary<NSKeyValueChangeKey,id> *)change context:(void *)context{
    NSLog(@"監聽到了%@的%@屬性發生了改變%@",object,keyPath,change);
}

- (void)dealloc{
    ///> 使用結束後記得移除
    [self.person1 removeObserver:self forKeyPath:@"age"];
}
複製程式碼

在NSLog(@"------");位置打下短點註釋方式去檢視各個值得複製順序
然後在控制檯中檢視複製查詢的順序就OK了，
DLPerson檔案中的順序即使是調換了也無所謂。

3. valueForKey:的原理

kvc取值按照 getKey、key、iskey、_key 順序查詢方法
存在直接呼叫

沒找到同樣，先檢視accessInstanceVariablesDirectly方法

+ (BOOL)accessInstanceVariablesDirectly{
      return YES;   ///> 可以直接訪問成員變數
  //    return NO;  ///>  不可以直接訪問成員變數,  
  ///> 直接訪問會報NSUnkonwKeyException錯誤  
  }
複製程式碼

如果可以訪問會按照 _key、_isKey、key、iskey的順序查詢成員變數
找到直接複製
未找到報錯NSUnkonwKeyException錯誤

三. 知識點補充

1. _NSSetIntValueAndNotify();方法來源

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    self.person1 = [[DLPerson alloc]init];
    self.person1.age = 10;
    
    self.person2 = [[DLPerson alloc]init];
    self.person2.age = 20;
    
    ///> person1新增kvo監聽
    NSLog(@"person新增KVO之前 - person1：%@， person2：%@",object_getClass(self.person1), object_getClass(self.person2));
    
    NSKeyValueObservingOptions options = NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld;
    [self.person1 addObserver:self forKeyPath:@"age" options:options context:nil];
    
    NSLog(@"person新增KVO之前 - person1：%@， person2：%@",object_getClass(self.person1), object_getClass(self.person2));
}

複製程式碼

輸出結果：

person新增KVO之前 - person1：DLPerson， person2：DLPerson

person新增KVO之後 - person1：NSKVONotifying_DLPerson， person2：DLPerson
複製程式碼

由此可見在沒有為person1新增KVO之前 person1.isa指標仍然是DLPerson

那麼我們就可以使用- (IMP)methodForSelector:(SEL)aSelector;去檢視實現方法的地址，的具體方法程式碼如下：

///> person1新增kvo監聽
    NSLog(@"person新增KVO之前 - person1：%p， person2：%p \n",[self.person1 methodForSelector:@selector(setAge:)], [self.person2 methodForSelector:@selector(setAge:)]);
    
    NSKeyValueObservingOptions options = NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld;
    [self.person1 addObserver:self forKeyPath:@"age" options:options context:nil];
    
    NSLog(@"person新增KVO之後 - person1：%p， person2：%p \n",[self.person1 methodForSelector:@selector(setAge:)], [self.person2 methodForSelector:@selector(setAge:)]);
}
複製程式碼

輸出結果：

person新增KVO之前 - person1：0x10852a560， person2：0x10852a560 
person新增KVO之後 - person1：0x108883fc2， person2：0x10852a560 
複製程式碼

由此可見，在新增之前person1和person2實現的setAge方法是一個，新增之後person1的setAge方法就有了變化。

然後我們打入短點去檢視實現的方法：

在控制檯中使用 p (IMP)方法地址 來列印得到方法的名稱。所以我們在新增KVO之後的 setAge: 方法呼叫了 _NSSetIntValueAndNotify() 。

如果定義的屬性是型別是double則呼叫的是_NSSetDoubleValueAndNotify()
大家可以自己測試一下。
此方法在Foundtion框架中有對應的
NSSetDoubleValueAndNotify()
NSSetIntValueAndNotify()
NSSetCharValueAndNotify()
...
複製程式碼

目前還未深入接觸到逆向工程。等以後學到了在給大家詳解解釋吧。

2. NSKVONotifying_DLPerson的isa指標指向哪裡？

在 KVO的本質分析 中我們得知，新增了KVO監聽的例項物件isa指標指向了NSKVONotifying_DLPerson類，那麼NSKVONotifying_DLPerson的isa指標的指向？

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    self.person1 = [[DLPerson alloc]init];
    self.person1.age = 10;

    self.person2 = [[DLPerson alloc]init];
    self.person2.age = 20;

    ///> person1新增kvo監聽
    NSKeyValueObservingOptions options = NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld;
    [self.person1 addObserver:self forKeyPath:@"age" options:options context:nil];

    NSLog(@"類物件 - person1: %@<%p>   person2: %@<%p>",
          object_getClass(self.person1),  ///> self.person1.isa  類名
          object_getClass(self.person1),  ///> self.person1.isa
          object_getClass(self.person2),  ///> self.person1.isa  類名
          object_getClass(self.person2)  ///> self.person1.isa
          );
    
    NSLog(@"元類物件 - person1: %@<%p>   person2: %@<%p>",
          object_getClass(object_getClass(self.person1)),  ///> self.person1.isa.isa 類名
          object_getClass(object_getClass(self.person1)),  ///> self.person1.isa.isa
          object_getClass(object_getClass(self.person2)),  ///> self.person2.isa.isa 類名
          object_getClass(object_getClass(self.person2))  ///> self.person2.isa.isa
          );
}
複製程式碼

輸出結果：

類物件 - person1: NSKVONotifying_DLPerson<0x6000002cef40>   person2: DLPerson<0x1002c9048>

元類物件 - person1: NSKVONotifying_DLPerson<0x6000002cf210>   person2: DLPerson<0x1002c9020>
複製程式碼

結果發現：每一個類物件的地址是不一樣的，而且元類物件的地址也不一樣的，所以我們可以認為 NSKVONotifying_DLPerson類有自己的元類物件， NSKVONotifying_DLPerson.isa指向著自己的元類物件。

四. 面試題答案

iOS用什麼方式實現對一個物件的KVO？(KVO的本質是什麼？)

 利用RuntimeAPI動態生成一個子類，並且讓instance物件的isa指向這個全新的子類
 當修改instance物件的屬性時，會呼叫Foundation的_NSSetXXXValueAndNotify函式
 willChangeValueForKey:
 父類原來的setter
 didChangeValueForKey:
 內部會觸發監聽器（Oberser）的監聽方法(observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:）
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如何手動觸發KVO？

 手動呼叫willChangeValueForKey:和didChangeValueForKey:
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直接修改成員變數會觸發KVO麼？

 不會觸發KVO，因為直接修改成員變數並沒有走set方法。
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KVC相關：

通過KVC修改屬性會觸發KVO麼？

 會觸發KVO，如上流程圖
複製程式碼

KVC的賦值和取值過程是怎樣的？原理是什麼？
```
 如上流程圖
複製程式碼
```

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一. KVO的實現原理

1. 什麼是KVO？

2. KVO簡單的實現

3. KVO存在的疑問

4. KVO的本質分析

5. KVO的呼叫順序

二. KVC的實現原理

1. 什麼是KVC？

1.1 - (void)setValue:(id)value forKey:(NSString *)key;

1.1 - (void)setValue:(id)value forKeyPath:(NSString *)keyPath;

1.3 - (id)valueForKey:(NSString *)key;

1.4 - (id)valueForKeyPath:(NSString *)keyPath;

2. setValue:forKey:的原理

3. valueForKey:的原理

三. 知識點補充

1. _NSSetIntValueAndNotify();方法來源

2. NSKVONotifying_DLPerson的isa指標指向哪裡？

四. 面試題答案

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