iOS底层探索之KVO—KVO原理分析

Posted 2021-09-01 卡卡西Sensei

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在上一篇博客中，已经介绍了KVO的相关操作，那么接下来就去探索一下KVO的底层逻辑，KVO到底是如何实现的呢？

• 在官方文档中有如下图中的说明
  

键值观察是使用称为isa-swizzling的技术实现的。

• 该isa指针，顾名思义，指向对象的类，它保持一个调度表。该调度表主要包含指向类实现的方法的指针，以及其他数据。

• 当观察者为对象的属性注册时，被观察对象的 isa指针被修改，指向中间类而不是真正的类。因此，isa指针的值不一定反映实例的实际类。

• 你不应该依赖isa指针来确定类的成员。相反，应该使用该class方法来确定实例对象的类。

1. isa-swizzling验证

在添加观察者处，打上断点，再控制台lldb调试看看。

- (void)viewDidLoad {
	[super viewDidLoad];
	self.student = [[JPStudent alloc]init];
	[self.student addObserver:self forKeyPath:@"name" options:(NSKeyValueObservingOptionNew) context:NULL];
}

• 控制台打印如下
  

在addObserver后student从JPStudent变成了NSKVONotifying_JPStudent

我们知道，实例对象和类的关系实际上就是实例对象的isa指向了类对象。所以这里我们可以推断，self.student在调用addObserver方法后，已经从JPStudent类的实例对象，变成了NSKVONotifying_JPStudent
的实例对象。

2. NSKVONotifying_JPStudent子类验证

• 那么这个NSKVONotifying_JPStudent是什么东西呢？是一开始就直接存在，还是和JPStudent类之间有什么关系呢？那么看看NSKVONotifying_JPStudent是不是一开始就存在的，再次运行代码，断点还是断在添加观察者者处，打印一下
  

提醒：objc_getClass是runtime的api，一定要导入头文件才可以正常使用，如图所示。

在调用addObserver方法前后分别打印，结果说明NSKVONotifying_JPStudent是系统动态生成添加的一个类。这两个类名字这么相似，有没有可能是JPStudent的子类呢？我们打印一下看看

从打印来看，发现了新大陆，NSKVONotifying_JPStudent 确实是继承自JPStudent的。那么这个中间类，有没有可能存在自己的子类呢？我们通过下面这段代码来看看

#pragma mark - 遍历类以及子类
- (void)printClasses:(Class)cls{
	 // 注册类的总数
	 int count = objc_getClassList(NULL, 0);
	 // 创建一个数组， 其中包含给定对象
	 NSMutableArray *mArray = [NSMutableArray arrayWithObject:cls];
	 // 获取所有已注册的类
	 Class* classes = (Class*)malloc(sizeof(Class)*count);
	 objc_getClassList(classes, count);
	 for (int i = 0; i<count; i++) {
		  if (cls == class_getSuperclass(classes[i])) {
				[mArray addObject:classes[i]];
		  }
	 }
	 free(classes);
	 NSLog(@"classes = %@", mArray);
}

• 打印结果如下
  
  从打印来看，可以验证NSKVONotifying_JPStudent是JPStudent的子类。
  那么NSKVONotifying_JPStudent这个类里面都有些什么内容呢？类里面一般也就是存储了成员变量、方法、协议等信息，那么通过下面这段代码来看看它里面都有什么。

#pragma mark **- 遍历方法-ivar-property**
- (void)printClassAllMethod:(Class)cls{
    unsigned int count = 0;
    Method *methodList = class_copyMethodList(cls, &count);
    for (int i = 0; i<count; i++) {
        Method method = methodList[i];
        SEL sel = method_getName(method);
        IMP imp = class_getMethodImplementation(cls, sel);
        NSLog(@"%@-%p",NSStringFromSelector(sel),imp);
    }
    free(methodList);
}

• 打印如下
  

从打印结果来看，系统重写了setNickName、class、dealloc这几个方法，并且添加了一个叫_isKVOA的方法，来区分是不是系统通过KVO自动生成的。

3. 观察者被移除isa的指向？

官方文档中说：调用addObserver方法会修改isa指向，那么现在我们移除观察者后系统会怎么做呢？我们在dealloc方法中移除观察者这里打上断点，然后继续观察self.student的isa指向。

移除观察者之后，self.student的isa又指回了JPStudent类。并且生成的子类NSKVONotifying_JPStudent 还在，没有进行销毁。

原因是如果下次继续进行观察者添加，系统就不会再生成新的中间类，而是直接使用这个类了，防止资源的浪费。

4. class方法

在添加观察者之后，我们都知道会生成动态子类NSKVONotifying_JPStudent ，

那么调用class方法p self.student.class打印的是 NSKVONotifying_JPStudent 吗？？？

• 断点在添加观察者之后，我们控制台验证一下
  
  从打印结果看，输出的还是JPStudent，虽然self.student的isa已经指向NSKVONotifying_JPStudent了，但是由于NSKVONotifying_JPStudent重写了class方法，最后打印输出的还是JPStudent ，苹果这么做的目的是为了隐藏系统在背后做的一系列操作，让开发者更少的关注底层逻辑，只关注上层的代码实现就可以。

5. setter方法

既然重写了setter方法观察属性，那么如果有成员变量，是否也可以能观察呢？增加age成员变量，测试一下

@interface JPStudent : NSObject
{
	@public
	int age;
}
@property (nonatomic, copy) NSString *name;

@end 

当对age进行赋值的时候，并没有触发监听的回调方法。那么就说明了只是对属性的setter方法进行的监听。

我们再看看在dealloc中观察者移除isa指回的时候，查看name的值

那就说明在KVO生成的类中对name的修改影响到了原始类。

对name下个内存断点调试看看

• bt 打印堆栈信息
  

发现调用了Foundation的一些方法，最后才是[JPStudent setName:]给name赋值。

提示：Foundation框架是不开源的。

• Foundation`-[NSObject(NSKeyValueObservingPrivate) _changeValueForKeys:count:maybeOldValuesDict:maybeNewValuesDict:usingBlock:]
• Foundation`-[NSObject(NSKeyValueObservingPrivate) _changeValueForKey🔑key:usingBlock:]
• Foundation`_NSSetObjectValueAndNotify

_NSSetObjectValueAndNotify汇编调用主要如下：

"willChangeValueForKey:"
这里是调用setter方法赋值
"didChangeValueForKey:"
"_changeValueForKey:key:key:usingBlock:"

从堆栈信息和汇编可以知道，在_changeValueForKeys:count:maybeOldValuesDict:maybeNewValuesDict:usingBlock:中进行赋值后的回调，那么肯定得通知监听者

• 在observeValueForKeyPath的回调中打个断点：

确认是在NSKeyValueNotifyObserver通知中进行的回调。

6.总结

• KVO添加观察者addObserver动态生成子类NSKVONotifying_XXX。
• 重写class方法，返回父类class信息。父类isa指向子类。
  给动态子类添加setter方法（所有要观察的属性）。
  消息转发给父类。
• setter会调用父类原来的方法进行赋值，完成后进行回调通知。
• 移除observer的时候isa指回父类，动态生成的子类并不会销毁.

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