Key-Value Observing(KVO)的工作原理

它是什么？

大多数读者可能已经知道了这一点，但只是为了快速回顾一下：KVO是cocoa绑定的基础技术，它为其他对象的属性更改时通知对象提供了一种方法。一个对象观察另一个对象的键。当观察对象更改该键的值时，观察者会收到通知。很简单吧？棘手的部分是，KVO的操作通常不需要在被观察物体上进行编码。

概述

那么，在被观察对象中不需要任何代码的情况下，它是如何工作的呢？好吧，这一切都是通过Objective-C运行时的力量来实现的。当您第一次观察特定类的对象时，KVO基础结构会在运行时创建一个全新的类，该类将您的类作为子类。在该新类中，它会覆盖所有观察到的键的set方法。然后，它切换出对象的isa指针（该指针告诉Objective-C运行时特定的内存块实际上是哪种对象），从而使对象神奇地成为该新类的实例。

被覆盖的方法是它如何实际完成通知观察者的工作。逻辑上，对键的更改必须通过该键的set方法进行。它重写该set方法，以便它可以拦截它，并在调用它时将通知发布到观察者。（当然，如果直接修改实例变量，则无需通过set方法就可以进行修改。KVO要求兼容类不能这样做，或者必须在手动通知调用中包装直接ivar访问。）

但是，它变得更加棘手：Apple确实不希望这种机器暴露出来。除了setter之外，动态子类还重写-class方法来欺骗您并返回原始类！如果您看起来不太近，则KVO突变的对象看起来就像它们的未观察对象。

深入挖掘

聊够了，让我们实际看看所有这些是如何工作的。我写了一个程序来说明KVO背后的原理。因为动态KVO子类试图隐藏其自身的存在，所以我主要使用Objective-C运行时调用来获取我们正在寻找的信息。

下边是代码：

#import <Foundation/Foundation.h>
#import <objc/runtime.h>
NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN

static NSArray *ClassMethodNames(Class c)
{
    NSMutableArray *array = [NSMutableArray array];
    
    unsigned int methodCount = 0;
    Method *methodList = class_copyMethodList(c, &methodCount);
    unsigned int i;
    for (i = 0; i < methodCount; i++) {
        [array addObject:NSStringFromSelector(method_getName(methodList[i]))];
    }
    free(methodList);
    return array;
}

static void PrintDescription(NSString *name, id obj)
{
    NSString *str = [NSString stringWithFormat:@"%@:%@\n\tNSObject class %s\n\tlibobjc class %s\n\timplements methods <%@>",
                     name,
                     obj,
                     class_getName([obj class]),
                     class_getName(object_getClass(obj)),
                     [ClassMethodNames(object_getClass(obj)) componentsJoinedByString:@","]];
    printf("%s\n",[str UTF8String]);
}

@interface TestClass : NSObject
{
    int x;
    int y;
    int z;
}
@property int x;
@property int y;
@property int z;
@end
NS_ASSUME_NONNULL_END

#import "TestClass.h"
@implementation TestClass
@synthesize x, y, z;
@end

int main(int argc, char * argv[]) {
    NSString * appDelegateClassName;
    @autoreleasepool {
        // Setup code that might create autoreleased objects goes here.
        appDelegateClassName = NSStringFromClass([AppDelegate class]);
    }
    
    TestClass *x = [[TestClass alloc] init];
    TestClass *y = [[TestClass alloc] init];
    TestClass *xy = [[TestClass alloc] init];
    TestClass *control = [[TestClass alloc] init];
    
    [x addObserver:x forKeyPath:@"x" options:0 context:NULL];
    [xy addObserver:xy forKeyPath:@"x" options:0 context:NULL];
    [y addObserver:y forKeyPath:@"y" options:0 context:NULL];
    [xy addObserver:xy forKeyPath:@"y" options:0 context:NULL];
    
    PrintDescription(@"control", control);
    PrintDescription(@"x", x);
    PrintDescription(@"y", y);
    PrintDescription(@"xy", xy);
    
    printf("Using NSObject methods, normal setX: is %p, overridden setX: is %p\n",
           [control methodForSelector:@selector(setX:)],
           [x methodForSelector:@selector(setX:)]);
    printf("Using libobjc functions, normal setX: is %p, overridden setX: is %p\n",
           method_getImplementation(class_getInstanceMethod(object_getClass(control),@selector(setX:))),
           method_getImplementation(class_getInstanceMethod(object_getClass(x),
                                                            @selector(setX:))));

    return UIApplicationMain(argc, argv, nil, appDelegateClassName);
}

首先，我们定义一个名为TestClass的类，它具有三个属性。（KVO也可以在非@属性键上使用，但这是定义一对setter和getter的最简单方法。）

接下来，我们定义一对实用程序函数。 ClassMethodNames使用Objective-C运行时函数遍历一个类并获取其实现的所有方法的列表。请注意，它只能直接在该类中实现方法，而不能在超类中实现。 PrintDescription打印传递给它的对象的完整描述，显示通过-class方法以及通过Objective-C运行时函数获得的对象的类，以及在该类上实现的方法。

然后，我们创建四个TestClass实例，每个实例将以不同的方式进行观察。 x实例在其x键上将具有一个观察者，与y相似，并且xy将同时获得两者。出于比较目的，不注意z键。最后，控制实例可作为实验的控制，根本不会被观察到。

接下来，我们打印出所有四个对象的描述。

之后，我们将更深入地研究重写的setter，并在控制对象和观察对象上打印出-setX：方法的实现地址，以进行比较。我们执行了两次，因为使用-methodForSelector：无法显示替代。 KVO试图隐藏动态子类的尝试甚至使用这种技术也隐藏了被覆盖的方法！但是，当然，使用Objective-C运行时函数可以提供适当的结果。

运行代码，输出以下结果：

control:<TestClass: 0x600002e21b40>
    NSObject class TestClass
    libobjc class TestClass
    implements methods <setZ:,x,setX:,y,setY:,z>
x:<TestClass: 0x600002e21ba0>
    NSObject class TestClass
    libobjc class NSKVONotifying_TestClass
    implements methods <setY:,setX:,class,dealloc,_isKVOA>
y:<TestClass: 0x600002e21b80>
    NSObject class TestClass
    libobjc class NSKVONotifying_TestClass
    implements methods <setY:,setX:,class,dealloc,_isKVOA>
xy:<TestClass: 0x600002e21b60>
    NSObject class TestClass
    libobjc class NSKVONotifying_TestClass
    implements methods <setY:,setX:,class,dealloc,_isKVOA>
Using NSObject methods, normal setX: is 0x101e236a0, overridden setX: is 0x1020f60eb
Using libobjc functions, normal setX: is 0x101e236a0, overridden setX: is 0x1020f60eb

首先，它打印我们的控制对象。不出所料，它的类是TestClass，它实现了我们根据类的属性综合的六个方法。

接下来，它将打印三个观察到的对象。请注意，虽然-class仍显示TestClass，但使用object_getClass可以显示此对象的真实外观：它是NSKVONotifying_TestClass的实例。有您的动态子类！

注意它如何实现两个观察到的setter。这很有趣，因为您会注意到它很聪明，不会覆盖-setZ：即使这也是一个setter，因为没有人注意到它。大概如果我们还要向z添加一个观察者，则NSKVONotifying_TestClass会突然产生-setZ：覆盖。但也请注意，这三个实例的类均相同，这意味着它们都覆盖了两个设置器，即使其中两个只具有一个观察到的属性。由于即使对于未观察的属性也要通过观察到的设置器，因此这会花费一定的效率，但是Apple显然认为，如果每个对象都观察到不同的键集，则最好不要传播动态子类，我认为是正确的选择。

您还将注意到其他三种方法。如前所述，有一个重写的-class方法，该方法试图隐藏此动态子类的存在。有一个-dealloc方法来处理清理。还有一个神秘的-_isKVOA方法，它看起来像是一种私有方法，Apple代码可以用来确定对象是否受到此动态子类的约束。

接下来，我们打印出-setX：的实现。使用-methodForSelector：为两者返回相同的值。由于动态子类中没有此方法的替代，因此这必须意味着-methodForSelector：将-class用作其内部工作的一部分，并因此得到错误的答案。

因此，我们当然完全绕开了这一步，并使用Objective-C运行时来打印实现，在这里我们可以看到区别。原始版本与-methodForSelector：（当然应该）相同，但是第二个则完全不同。

KVO是一项强大的技术，有时会有些强大，尤其是在涉及自动通知时。现在，您确切地知道了它在内部的所有工作原理，这些知识可以帮助您决定如何使用它或在出现错误时对其进行调试。

如果您打算在自己的应用程序中使用KVO，则可能需要查看我有关Key-Value Observing Done Right的文章。