iOS底层探索之KVO—KVO简介

Posted 2021-08-31 卡卡西Sensei

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在ios的面试中除了KVC是经常被问到的，还有KVO也是常问的，那么本篇博客就对KVO进行探索和分析下。

1. 什么是KVO

KVO 是 Objective-C对观察者设计模式的一种实现。KVO提供一种机制，指定一个被观察对象(例如A类)，当对象某个属性(例如A中的字符串name)发生更改时，对象会获得通知，并作出相应处理；【且不需要给被观察的对象添加任何额外代码，就能使用KVO机制】。

一般继承自NSObject的对象都默认支持KVO。KVO是响应式编程的代表。

• 苹果官方文档Key-Value Observing Programming Guide
  

2. KVO的使用

2.1 基本使用

- 注册监听

- (void)addObserver:(NSObject *)observer forKeyPath:(NSString *)keyPath options:(NSKeyValueObservingOptions)options context:(nullable void *)context;

observer：添加的监听者的对象，当监听的属性发生改变时会通知这个对象。
keyPath：监听的属性，不能传nil。
options：指明通知发出的时机以及change中的键值。
context：是一个可选的参数，可以传任何数据。

• options

typedef NS_OPTIONS(NSUInteger, NSKeyValueObservingOptions) {
    NSKeyValueObservingOptionNew = 0x01,//更改前的值
    NSKeyValueObservingOptionOld = 0x02,//更改后的值
    NSKeyValueObservingOptionInitial = 0x04,//观察最初的值（在注册观察服务时会调用一次触发方法）
    NSKeyValueObservingOptionPrior  = 0x08 //分别在值修改前后触发方法（即一次修改有两次触发）
};

- 接收监听的属性发生改变的通知

observeValueForKeyPath

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

- 移除监听removeObserver

- (void)removeObserver:(NSObject *)observer forKeyPath:(NSString *)keyPath context:(nullable void *)context;
- (void)removeObserver:(NSObject *)observer forKeyPath:(NSString *)keyPath;

2.2 举例

下面就简单的举个🌰，监听下student属性name的变化。

从控制台的打印可以看出，在KVO的监听回调observeValueForKeyPath方法里面，监听到了name属性的变化，并打印出来变化信息。

- NSKeyValueChangeKey

typedef NSString * NSKeyValueChangeKey NS_STRING_ENUM;

FOUNDATION_EXPORT NSKeyValueChangeKey const NSKeyValueChangeKindKey;
FOUNDATION_EXPORT NSKeyValueChangeKey const NSKeyValueChangeNewKey;
FOUNDATION_EXPORT NSKeyValueChangeKey const NSKeyValueChangeOldKey;
FOUNDATION_EXPORT NSKeyValueChangeKey const NSKeyValueChangeIndexesKey;
FOUNDATION_EXPORT NSKeyValueChangeKey const NSKeyValueChangeNotificationIsPriorKey;

NSKeyValueChangeKey指明了变更的类型，一般情况下返回的都1。集合中的元素被插入，删除，替换时返回2、3、4

- NSKeyValueChange

定义如下：

typedef NS_ENUM(NSUInteger, NSKeyValueChange) {
    NSKeyValueChangeSetting = 1,//普通类型设置
    NSKeyValueChangeInsertion = 2,//集合元素插入
    NSKeyValueChangeRemoval = 3,//集合元素移除
    NSKeyValueChangeReplacement = 4,//集合元素替换
};

• NSKeyValueObservingOptionNew：指明change字典中应该包含改变后的新值。
• NSKeyValueObservingOptionOld：指明change字典中应该包含改变前的旧值。
• NSKeyValueObservingOptionInitial：注册后立马调用一次，这种通知只会发送一次。可以做一些一次性的工作。当同时指定new/old/initial的情况时，initial通知只包含new值。（实际上还是old值，因为是注册后立马调用，所以实际上对它来说是新值。任何情况下initial都不会包含old）
• NSKeyValueObservingOptionPrior：修改前后触发，会调用两次。修改前触发会包含notificationIsPrior字段。当同时指定new/old时，修改前会包含old，修改后会包含new和old。（一般的通知发出时机都是在属性改变后，虽然change字典中包含了old和new，但是通知还是在属性改变后才发出）。
• 0：直接传递0，在每次调用的时候都返回包含kind的change。可以理解为默认实现。

- context

其他的见名知意，这个context 上下文，平时开发的时候都是直接写个NULL，那么Ta有什么用呢？我们去苹果的KVO官方文档看看。

从官方文档的解释来看就是：

使用Context上下文，是一种更安全、更可扩展的方法来确保收到的通知是发送给我们的观察者而不是superclass。

• context会被传递到监听者的响应方法中，可以用来区分不同通知，也可以用来传值。
• 对于多个keyPath的观察，需要在observeValueForKeyPath同时判断object与keyPath，可以声明一个静态变量传递给context用来区分不同的通知提高代码的可读性。
• 如果子类和父类都实现了对同一对象的同一属性的观察，并且父类和子类都可能对其进行设值，那么这个时候就可以利用context来进行区分了。

- 移除观察者

我们平时使用KVO的时候，都会在页面销毁的时候移除观察者，那么看看官方是如何解释的。

• 当 deallocated时，观察者不会自动删除自己。 被观察的对象会继续发送通知，而忽略了观察者的状态。
• 然而，给一个已释放de 对象发送任何其他的通知消息，会触发内存访问异常。
• 因此，要确保观察者在从内存中消失之前将它移除。

例如： 当第一次进入一个页面的时候，我们注册了观察，然后通过某个触摸事件触发了回调，接着我们退出了页面。
当我们第二次进入这个页面的时候，第一次注册的观察者已经被销毁，但是由于这个被观察的对象是个单例，所以依旧会向其观察的对象发送消息，最终导致内存访问异常，应用崩溃。

结论：当我们的页面dealloc时，观察者一定要移除，以防止内存泄漏，出现指针。

2.3 自动/手动开启KVO

- 自动开启KVO

使用KVO时，默认情况下都是自动监听模式，而当我们想改变成手动监听模式的时候，我们需要在被监听的对象中实现automaticallyNotifiesObserversForKey方法

+ (BOOL)automaticallyNotifiesObserversForKey:(NSString *)key {
    //可以根据不同的key值，来区分使用自动还是手动监听
    if ([key isEqualToString:@"name"]) {
        return YES;
    }
    return NO;
}

如果直接return NO则表示全部使用手动监听，这时候触摸屏幕的事件就没有任何响应了，如果想要响应则需要实现下面的方法。

- 手动开启KVO

[self willChangeValueForKey:@"name"];
_name = name;
[self didChangeValueForKey:@"name"];

在willChangeValueForKey和didChangeValueForKey中间进行赋值，则会开启手动监听模式。

2.4 观察多个因素影响的属性

有时候需要观察的属性，是由多个其他的因素共同影响而变化的。
例如在下载文件的过程，下载进度 = 已下载 / 总数。如果已下载和总数都是在不断变化的，那么我们该怎么做才能对下载进度进行观察呢？举个🌰例子

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    self.person = [JPPerson new];
    [self.person addObserver:self forKeyPath:@"downloadProgress" options:NSKeyValueObservingOptionNew context:NULL];
}

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event{
    self.person.writtenData += 10;
    self.person.totalData += 20;
}
- (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary<NSKeyValueChangeKey,id> *)change context:(void *)context {
    NSLog(@"ViewController :%@",change);
}
- (void)dealloc {
    [self.person removeObserver:self forKeyPath:@"downloadProgress"];
}

• 点击屏幕三次，分别打印结果如下
  
• 除了第一次打印了三条数据，其他都是两次，为什么呢？那么去看看方法

+ (NSSet<NSString *> *)keyPathsForValuesAffectingValueForKey:(NSString *)key{
    NSSet *keyPaths = [super keyPathsForValuesAffectingValueForKey:key];
    if ([key isEqualToString:@"downloadProgress"]) {
        NSArray *affectingKeys = @[@"totalData", @"writtenData"];
        keyPaths = [keyPaths setByAddingObjectsFromArray:affectingKeys];
    }
    return keyPaths;
}
- (NSString *)downloadProgress {
    if (self.writtenData == 0) {
        self.writtenData = 10;
    }
    if (self.totalData == 0) {
        self.totalData = 100;
    }
    return [[NSString alloc] initWithFormat:@"%f",1.0f*self.writtenData/self.totalData];
}

• 在keyPathsForValuesAffectingValueForKey方法中，将和downloadProgress相关的两个因素totalData和writtenData通过setByAddingObjectsFromArray关联起来，
• 那么每次totalData或者writtenData改变时，系统会自动通知我们downloadProgress改变了。
• 而第一次的打印多打印了一次的原因是，当代码执行到self.person.writtenData += 10赋值时，会走- (NSString *)downloadProgress方法，而此次totalData为0时，设置为100，当代码执行到self.person.totalData += 20;时，totalData就改变了两次，就会走两次监听方法，加上self.person.writtenData += 10赋值时writtenData的改变，一共就是三次了。

2.5 KVO对可变数组的观察

例如对一个对象里面的数组进行监听：

self.person.dateArray = [NSMutableArray array];
    [self.person addObserver:self forKeyPath:@"dateArray" options:NSKeyValueObservingOptionNew context:NULL];
    [self.person.dateArray addObject:@"jay"];
}

在viewDidLoad中实现这些代码，理论上进入页面后就会观察到并回调，而实际上并没有。于是去看苹果的文档，有了重大发现，如下

In order to understand key-value observing, you must first understand key-value coding

这句话的意思，要想理解KVO就先要理解KVC，也就是说KVO是建立在KVC上的。

使用KVO去观察集合类型的数据变化，那么就需要使用对应的api来获取这个集合，这样在你进行设置值的时候，系统就能够通知到你。

• 代码修改之后

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    self.person = [JPPerson new];
    [self.person addObserver:self forKeyPath:@"dateArray" options:NSKeyValueObservingOptionNew context:NULL];
    self.person.dateArray = [NSMutableArray array];
    [[self.person mutableArrayValueForKey:@"dateArray"] addObject:@"jay"];
}

• 结果打印出来了，第一次是dateArray初始化的打印，第二次是addObjcet添加数据的打印
  

两次打印的kind值并不一样，那么他们代表什么呢? 其实前面已经说明过了，就是NSKeyValueChangeKey指明了变更的类型

一般情况下返回的都1。集合中的元素被插入，删除，替换时返回2、3、4

那么我们现在就验证一下

从代码验证打印的结果可以看出，集合中的元素被插入，删除，替换时返回2、3、4。

3.总结

• 使用KVO必须注册观察者。
• 使用KVO在dealloc移除观察者。
• KVO自动还是手动开启只要实现+ (BOOL)automaticallyNotifiesObserversForKey:方法，return NO表示手动，return YES表示自动。
• 要想理解KVO就先要理解KVC，也就是说KVO是建立在KVC上的。

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