iOS KVO 基础与底层原理
KVO基础
KVO是通过给对象object的属性property注册observer, 然后在被观察property的值改变时候, 会对observer发送消息的这样一种机制.
KVO是iOS中常用的传递消息信息中的一种.相关的API:
-
addObserver:forKeyPath:options:context:给对象的某个属性添加observer -
observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:属性发生变化时候调用的通知方法 -
removeObserver:forKeyPath:移除监听 -
automaticallyNotifiesObserversForKey:是否自动触发KVO
KVO的手动触发与自动触发
实际上, KVO通知依赖于NSObject的两个方法:willChangeValueForKey:和 didChangevlueForKey:.
自动触发是指类似这种场景：在注册 KVO 之前设置一个初始值，注册之后，设置一个不一样的值，就可以触发了, 系统帮我们调用了前面提到的NSObject的两个方法.
如果我们不希望某一个属性自动触发KVO, 也可以通过一下+(BOOL)automaticallyNotifiesObserversForKey:(NSString *)key控制特定的属性, 不要自动发送通知, 该方法对于某key如果返回NO，KVO无法自动运作，需手动触发.下面实例中, 如果name的setter方法没有进行手动出发KVO,那么该属性不会自动触发KVO消息.
+(BOOL)automaticallyNotifiesObserversForKey:(NSString *)key{
if ([key isEqualToString:@"name"]) {
return NO;
}
return [super automaticallyNotifiesObserversForKey:key];
}
如果我们要手动触发KVO, 那么可以在改变属性变量的前后手动调用willChangeValueForKey: 和 didChangeValueForKey:, 例子如下:
-(void)setName:(NSString *)name {
// 如果值相同, 那么不需要发送通知. 如果值不同, 那么发送KVO通知
if([_name isEqualToString: name]) {
return;
}
[self willChangeValueForKey:@"name"];
//xxxxxx
_name = name;
[self didChangeValueForKey:@"name"];
}
KVO 底层实现的细节
Aapple官方文档中解释道, KVO底层使用了 isa-swizling的技术.如果你了解runtime, 那么你应该知道OC中每个对象/类都有isa指针, 一个对象的isa指针指向object's class, 这个object's class对象中有SEL - IMP的dispatch-table.简而言之, isa 表示这个对象是哪个类的对象.
当给对象的某个属性注册了一个 observer, 那么这个对象的isa指针指向的class会被改变, 此时系统会创建一个新的中间类(intermediate class)继承原来的class, 然后通过runtime 将原来的isa指针指向这个新的中间类.然后中间类会重写setter方法, 重写的 setter 方法会负责在调用原 setter 方法之前和之后添加willChangeValueForKey:, didChangeValueForKey:两个方法，通知所有观察对象值的更改, 从而触发KVO消息.
KVO 实现
自己根据KVO的底层原理实现一个支持block的KVO, 代码基本是根据下面的参考代码完成的.
#import <Foundation/Foundation.h>
typedef void (^PPObservingHandler) (id observedObject, NSString * observedKey, id oldValue, id newValue);
@interface NSObject (KVO)
-(void)pp_addObserver:(NSObject *)object forKey:(NSString *)key withObservingHandler:(PPObservingHandler)observerHandler;
-(void)pp_removeObserver:(NSObject *)object forKey:(NSString *)key;
@end
#import "NSObject+KVO.h"
#import <objc/runtime.h>
#import <objc/message.h>
static NSString *kPPKVOClassPrefix = @"PPObserverPrefix_";
static NSString *kPPKVOAssociateObserver = @"PPAssociateObserver";
@interface PP_ObserverInfo: NSObject
@property (nonatomic, weak) NSObject *observer;
@property (nonatomic, copy) NSString *key;
@property (nonatomic, copy) PPObservingHandler handler;
@end
@implementation PP_ObserverInfo
-(instancetype)initWithObserver:(NSObject *)observer forKey:(NSString *)key observerHandler:(PPObservingHandler)handler{
if (self = [super init]) {
_observer = observer;
self.key = key;
self.handler = handler;
}
return self;
}
@end
#pragma mark - Debug Method
static NSArray *ClassMethodName(Class class){
NSMutableArray *methodArr = [NSMutableArray array];
unsigned methodCount = 0;
Method *methodList = class_copyMethodList(class, &methodCount);
for (int i = 0; i < methodCount; i++) {
[methodArr addObject:NSStringFromSelector(method_getName(methodList[i]))];
}
free(methodList);
return methodArr;
}
#pragma mark - Tranfrom setter or getter each other Methods
static NSString *setterForGetter(NSString *getter){
if (getter.length <= 0) { return nil; }
NSString * firstString = [[getter substringToIndex: 1] uppercaseString];
NSString * leaveString = [getter substringFromIndex: 1];
return [NSString stringWithFormat: @"set%@%@:", firstString, leaveString];
}
static NSString * getterForSetter(NSString * setter)
{
if (setter.length <= 0 || ![setter hasPrefix: @"set"] || ![setter hasSuffix: @":"]) {
return nil;
}
NSRange range = NSMakeRange(3, setter.length - 4);
NSString * getter = [setter substringWithRange: range];
NSString * firstString = [[getter substringToIndex: 1] lowercaseString];
getter = [getter stringByReplacingCharactersInRange: NSMakeRange(0, 1) withString: firstString];
return getter;
}
#pragma mark -- Override setter and getter Methods
// 实现了 kvoClass 中的 setter 的内容.
static void KVO_setter(id self, SEL _cmd, id newValue){
/*
前置条件, 这个方法是 kvoClass 中的的setter, 而kvoClass的superClass是 originalClass
基本功能:
保存oldValue
[self willChangeValueForKey:getterName];
[super setXXX:xxx];
[self didChangeValueForKey:getterName];
保存newValue
获取observerInfo, 并将 oldValue newValue当做参数, 然后执行handler
*/
// 1. 获取 setter 和 getter的 name str
NSString *setterName = NSStringFromSelector(_cmd);
NSString *getterName = getterForSetter(setterName);
if (!getterName) {
@throw [NSException exceptionWithName: NSInvalidArgumentException reason: [NSString stringWithFormat: @"unrecognized selector sent to instance %p", self] userInfo: nil];
return;
}
// 2. 保存oldValue
id oldValue = [self valueForKey:getterName];
// 3. 获取到super对象
struct objc_super superClass = {
.receiver = self,
.super_class = class_getSuperclass(object_getClass(self))
};
// 4. 手动触发KVO -> 1
[self willChangeValueForKey:getterName];
// 5. 调用 super 的setter 方法(即 originalClass 的setter方法)
void(*objc_msgSendSuperKVO)(void *, SEL, id) = (void *)objc_msgSendSuper;
objc_msgSendSuperKVO(&superClass , _cmd, newValue);
// 6. 手动触发KVO -> 2
[self didChangeValueForKey:getterName];
// 7. 从关联对象中获取 observer array. 找到对于current key进行观察的 observerInfo对象, 然后将 oldValue newValue,作为参数,执行对应的handler
NSMutableArray *observers = objc_getAssociatedObject(self, (__bridge const void *)kPPKVOAssociateObserver);
for (PP_ObserverInfo *info in observers) {
if ([info.key isEqualToString:getterName]) {
dispatch_async(dispatch_queue_create(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
info.handler(self, getterName, oldValue, newValue);
});
}
}
}
static Class kvo_Class(id self) {
return class_getSuperclass(object_getClass(self));
}
#pragma mark -- NSObject Category(KVO Reconstruct)
@implementation NSObject (KVO)
-(void)pp_addObserver:(NSObject *)observer forKey:(NSString *)key withObservingHandler:(PPObservingHandler)observerHandler{
// 1. 获取 setter method 如果没有找到就抛出异常
SEL setterSelector = NSSelectorFromString(setterForGetter(key)); // 通过 getter方法获取setter方法的名称
Method setterMethod = class_getInstanceMethod([self class], setterSelector);
if (!setterMethod) {
@throw [NSException exceptionWithName: NSInvalidArgumentException reason: [NSString stringWithFormat: @"unrecognized selector sent to instance %@", self] userInfo: nil];
return;
}
// 2. 检查对象 isa 指向的类是不是一个 KVO 类。如果不是，新建一个继承原来类的子类，并把 isa 指向这个新建的子类
Class observedClass = object_getClass(self); // object_getClass 实际返回的是 class_object 的isa 指针指向的类
NSString *className = NSStringFromClass(observedClass);
// 2.1 判断这个类是否我们自己创建的类, 如果不是, 那么创建一个类, 继承原来的class, 然后设置isa指针指向这个新建的类
if (![className hasPrefix:kPPKVOClassPrefix]) {
observedClass = [self createKVOClassWithOriginalClassName:className];
// 改变self object对象的isa 指针
object_setClass(self, observedClass);
}
// 3. 此时 self object的isa指向我们创建的 class, 然后需要检查该类是否重写过没有这个 setter 方法。如果没有，添加重写的 setter 方法；
if (![self hasSelector: setterSelector]) {
const char * types = method_getTypeEncoding(setterMethod);
// 给新类添加setter方法时, 添加 willChangeValueForKey: didChangeValueForKey:, 具体实现在 KVO_setter 中
class_addMethod(observedClass, setterSelector, (IMP)KVO_setter, types);
}
// 4. 将这个 observer 信息封装成 PP_ObserverInfo 对象. 通过runtime关联对象, 关联到self object中, 用一个数组将所有的observerInfo 保存起来
PP_ObserverInfo * newInfo = [[PP_ObserverInfo alloc] initWithObserver:observer forKey:key observerHandler:observerHandler];
NSMutableArray * observers = objc_getAssociatedObject(self, (__bridge void *)kPPKVOAssociateObserver);
if (!observers) {
observers = [NSMutableArray array];
objc_setAssociatedObject(self, (__bridge void *)kPPKVOAssociateObserver, observers, OBJC_ASSOCIATION_RETAIN_NONATOMIC);
}
[observers addObject: newInfo];
}
- (void)pp_removeObserver:(NSObject *)object forKey:(NSString *)key {
// 1. 获取 object 的关联对象, 所有的 observerInfo 的 array
NSMutableArray * observers = objc_getAssociatedObject(self, (__bridge void *)kPPKVOAssociateObserver);
// 2. 遍历 observerArray, 找到observerInfo 中 observer 和 key 匹配的 info object, 然后将info对象从array中移除
PP_ObserverInfo * observerRemoved = nil;
for (PP_ObserverInfo * observerInfo in observers) {
if (observerInfo.observer == object && [observerInfo.key isEqualToString: key]) {
observerRemoved = observerInfo;
break;
}
}
[observers removeObject: observerRemoved];
}
-(Class)createKVOClassWithOriginalClassName:(NSString *)className{
// 1. 我们自己创建的中间类对象名称 -- kvoClassName
NSString *kvoClassName = [kPPKVOClassPrefix stringByAppendingString:className];
//NSClassFromString是一个很有用的东西，用此函数进行动态加载尝试，如果返回nil，则不能加载此类的实例
// 2. 在系统中查找, 该中间类是否被注册到runtime中, 如果找到, 直接返回.
Class observedClass = NSClassFromString(kvoClassName);
if (observedClass) {
return observedClass;
}
// 3. 如果系统中没有找到中间类, 那么创建这个类.
// 3.1 获取原始isa指针指向的Class
Class originalClass = object_getClass(self);
// 3.2 给原始类创建一个子类, 暂时称为 kvoClassName, 或者 kvoClass
Class kvoClass = objc_allocateClassPair(originalClass, kvoClassName.UTF8String, 0);
// 3.3 获取原始类的 class 方法(isa指针)的 Method对象相关信息
Method classMethod = class_getInstanceMethod(originalClass, @selector(class));
const char *types = method_getTypeEncoding(classMethod);
// 3.4 将原始类的class方法(isa指针),的实现修改成 kvo_Class. 或者说将kvoClass 的 isa 指针指向 原始类.
// 解释: kvo_Class 的实现: class_getSuperclass(object_getClass(self)), 其中这个self实际是 kvoClass, 因此 superClass, 是 originalClass.
class_addMethod(kvoClass, @selector(class), (IMP)kvo_Class, types);
// 3.5 最后将kvoClass 注册到runtime
objc_registerClassPair(kvoClass);
return kvoClass;
}
/**
返回当前object 对象是否有selector对象
*/
- (BOOL)hasSelector: (SEL)selector {
Class observedClass = object_getClass(self);
unsigned int methodCount = 0;
Method * methodList = class_copyMethodList(observedClass, &methodCount);
for (int i = 0; i < methodCount; i++) {
SEL thisSelector = method_getName(methodList[i]);
if (thisSelector == selector) {
free(methodList);
return YES;
}
}
free(methodList);
return NO;
}
@end
KVO的问题与推荐
在使用KVO中有许多坑, 尤其是多次释放,和重复添加observer的问题,在使用中需要注意, 推荐使用facebook的开源封装, KVOController.
