iOS底層原理總結(jié)-- KVO/KVC的本質(zhì)

iOS底層原理總結(jié)--OC對象的本質(zhì)(一) - 掘金

iOS底層原理總結(jié)--OC對象的本質(zhì)(二) - 掘金

iOS底層原理總結(jié)--OC對象的分類：instance、class、meta-calss對象的isa和superclass - 掘金

iOS底層原理總結(jié)-- KVO/KVC的本質(zhì) - 掘金

...

一. KVO的實現(xiàn)原理

面試題：

KVO相關(guān)：
1. iOS用什么方式來實現(xiàn)對一個對象的KVO？（KVO的本質(zhì)是什么？）
2. 如何手動出發(fā)KVO？
3. 直接修改成員變量會觸發(fā)KVO么？

KVC相關(guān)： 
1. 通過KVC修改屬性會觸發(fā)KVO么？
2. KVC的賦值和取值過程是怎樣的？原理是什么？

1. 什么是KVO？

KVO的全稱是Key-Value Observing，俗稱"鍵值監(jiān)聽"，可以用于監(jiān)聽摸個對象屬性值得改變。
image

要監(jiān)聽Person中的age屬性，我們就創(chuàng)建一個observer用來監(jiān)聽age的變化，當(dāng)我們age一旦發(fā)生改變，就會通知observer。

2. KVO簡單的實現(xiàn)

我們先簡單的回顧一下 KVO的代碼實現(xiàn)。

///> DLPerson.h 文件

#import <Foundation/Foundation.h>

NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN

@interface DLPerson : NSObject

@property (nonatomic, assign) int age;

@end

NS_ASSUME_NONNULL_END

///> ViewController.m 文件

#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添加kvo監(jiān)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(jiān)聽到了%@的%@屬性發(fā)生了改變%@",object,keyPath,change);
}

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

@end

@end

輸出結(jié)果：
監(jiān)聽到了<DLPerson: 0x6000033d4e40>的age屬性發(fā)生了改變- {
kind = 1;
new = 20;
old = 1;
}

///>  因為我們只監(jiān)聽了person1  所以只會輸出person1的改變。

3. KVO存在的疑問

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

因為當(dāng)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。如下代碼：

///> DLPerson.m文件

#import "DLPerson.h"

@implementation DLPerson

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

- (int)age{
    return _age;
}

@end

既然person1和person2的本質(zhì)都是在調(diào)用set方法，就一定都會走在DLPerson類中的setAge這個方法。

那么問題來了，同樣走的是DLPerson類中的setAge方法，為什么person1就會走到

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

方法中而person2就不會呢？

4. KVO的本質(zhì)分析

如果不是很了解OC對象的isa指針相關(guān)知識的同學(xué)，建議先請前往窺探iOS底層實現(xiàn)--OC對象的分類：instance、class、meta-calss對象的isa和superclass - 掘金 文章了解一下先。

接下來我們探究一下兩個對象的本質(zhì)，首先我們person1和person2的isa打印出來查看一下他們的實例對象isa指向的類對象是什么？

image

我們會發(fā)現(xiàn)person1的isa指針打印出的是: NSKVONotifying_DLPerson

而person2的isa指針打印出來的是: DLPerson

person1和person2都是實例對象 所以person1和person2的isa指針指向的都是類對象，

所以說，如果對象沒有添加KVO監(jiān)聽那么它的isa指向的就是自己原來的類對象，如下圖

    person2.isa == DLPerson
未使用KVO監(jiān)聽的對象

當(dāng)一個對象添加了KVO的監(jiān)聽時，當(dāng)前對象的isa指針指向的就不是你原來的類，指向的是另外一個類對象，如下圖

    person1.isa == NSKVONotifying_DLPerson
使用了KVO監(jiān)聽的對象

  • NSKVONotifying_DLPerson類是 Runtime動態(tài)創(chuàng)建的一個類，在程序運行的過程中產(chǎn)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(dāng)我們DLperson的實例對象調(diào)用setAge方法時，

    實例對象的isa指針找到類對象，然后在類類對象中尋找相應(yīng)的對象方法，如果有則調(diào)用，

    如果沒有則去superclass指向的父類對象中尋找相應(yīng)的對象方法，如果有則調(diào)用，

    如果未找到相應(yīng)的對象方法則會報：unrecognized selector sent to instance 錯誤

  • 由于上圖可分析出我們的person1的isa指針指向的類對象是NSKVONotifying_DLPerson，并且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，
///> 并且在KVO監(jiān)聽中實現(xiàn)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];

    上次代碼所示，兩個實例對象person1和person2都走了DLPerson的setAge:方法，只是添加了KVO的person1在自己的setAge方法中添加了 其他操作。

  • 其他操作猜想 偽代碼！：

    ///> NSKVONotifying_DLPerson.m 文件

#import "NSKVONotifying_DLPerson.h"

@implementation NSKVONotifying_DLPerson

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

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

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

@end

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

5. KVO的調(diào)用順序

由于我們的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代碼如下：

///> ViewController.m文件

#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添加kvo監(jiān)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(jiān)聽到了%@的%@屬性發(fā)生了改變%@",object,keyPath,change);
}

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

@end

///> DLPerson.m文件

#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

輸出結(jié)果：

willChangeValueForKey
didChangeValueForKey - begin
監(jiān)聽到了<DLPerson: 0x60000041afe0>的age屬性發(fā)生了改變{
    kind = 1;
    new = 20;
    old = 10;
}
didChangeValueForKey - end
  • 調(diào)用willChangeValueForKey:
  • 調(diào)用原來的setter實現(xiàn)
  • 調(diào)用didChangeValueForKey:

總結(jié)：didChangeValueForKey:內(nèi)部會調(diào)用observer的observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:方法

二. KVC的實現(xiàn)原理

1. 什么是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

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;

簡單的代碼實現(xiàn):
DLPerson 和 DLCat

///> DLPersin.h 文件

#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

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

///> ViewController.m 文件

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

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

///> ViewController.m 文件

- (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);
}

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

  • keyPath 相當(dāng)于根據(jù)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(shè)置，如果按路徑找會報錯

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

///> ViewController.m 文件

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

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

///> ViewController.m 文件

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

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

  • 同理1.2-1.3

2. setValue:forKey:的原理

setValue:forKey:的原理
  • 當(dāng)我們設(shè)置setValue:forKey:時
  • 首先會查找setKey:、_setKey: (按順序查找)
  • 如果有直接調(diào)用
  • 如果沒有，先查看accessInstanceVariablesDirectly方法 
    + (BOOL)accessInstanceVariablesDirectly{
      return YES;   ///> 可以直接訪問成員變量
  //    return NO;  ///>  不可以直接訪問成員變量,  
  ///> 直接訪問會報NSUnkonwKeyException錯誤  
  }
  • 如果可以訪問會按照 _key、_isKey、key、iskey的順序查找成員變量
  • 找到直接復(fù)制
  • 未找到報錯NSUnkonwKeyException錯誤

_key、_isKey、key、iskey復(fù)制順序

///> DLPerson.h 文件

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

@end

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    self.person1 = [[DLPerson alloc]init];
    ///> person1添加kvo監(jiān)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(jiān)聽到了%@的%@屬性發(fā)生了改變%@",object,keyPath,change);
}

- (void)dealloc{
    ///> 使用結(jié)束后記得移除
    [self.person1 removeObserver:self forKeyPath:@"age"];
}
  • 在NSLog(@"------");位置打下短點注釋方式去查看各個值得復(fù)制順序
  • 然后在控制臺中查看復(fù)制查找的順序就OK了，
  • DLPerson文件中的順序即使是調(diào)換了也無所謂。

3. valueForKey:的原理

valueForKey:的原理
  • kvc取值按照 getKey、key、iskey、_key 順序查找方法
  • 存在直接調(diào)用
  • 沒找到同樣，先查看accessInstanceVariablesDirectly方法 
    + (BOOL)accessInstanceVariablesDirectly{
      return YES;   ///> 可以直接訪問成員變量
  //    return NO;  ///>  不可以直接訪問成員變量,  
  ///> 直接訪問會報NSUnkonwKeyException錯誤  
  }
  • 如果可以訪問會按照 _key、_isKey、key、iskey的順序查找成員變量
  • 找到直接復(fù)制
  • 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添加kvo監(jiān)聽
    NSLog(@"person添加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添加KVO之前 - person1：%@， person2：%@",object_getClass(self.person1), object_getClass(self.person2));
}

輸出結(jié)果：

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

person添加KVO之后 - person1：NSKVONotifying_DLPerson， person2：DLPerson

由此可見在沒有 為person1添加KVO之前 person1.isa指針仍然是DLPerson

那么我們就可以使用- (IMP)methodForSelector:(SEL)aSelector;去查看實現(xiàn)方法的地址，的具體方法代碼如下：

///> person1添加kvo監(jiān)聽
    NSLog(@"person添加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添加KVO之后 - person1：%p， person2：%p \n",[self.person1 methodForSelector:@selector(setAge:)], [self.person2 methodForSelector:@selector(setAge:)]);
}

輸出結(jié)果：

person添加KVO之前 - person1：0x10852a560， person2：0x10852a560 
person添加KVO之后 - person1：0x108883fc2， person2：0x10852a560

由此可見，在添加之前person1和person2實現(xiàn)的setAge方法是一個，添加之后person1的setAge方法就有了變化。

然后我們打入短點去查看實現(xiàn)的方法：

_NSSetIntValueAndNotify();方法來源

在控制臺中使用 p (IMP)方法地址 來打印得到方法的名稱。
所以我們在添加KVO之后的 setAge: 方法調(diào)用了 _NSSetIntValueAndNotify() 。

如果定義的屬性是類型是double則調(diào)用的是_NSSetDoubleValueAndNotify()
大家可以自己測試一下。
此方法在Foundtion框架中有對應(yīng)的
NSSetDoubleValueAndNotify()
NSSetIntValueAndNotify()
NSSetCharValueAndNotify()
...

目前還未深入接觸到逆向工程。等以后學(xué)到了在給大家詳解解釋吧。

2. NSKVONotifying_DLPerson的isa指針指向哪里？

在 KVO的本質(zhì)分析 中我們得知，添加了KVO監(jiān)聽的實例對象isa指針指向了NSKVONotifying_DLPerson類， 那么NSKVONotifying_DLPerson的isa指針的指向？

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

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

    ///> person1添加kvo監(jiān)聽
    NSKeyValueObservingOptions options = NSKeyValueObservingOptionNew | NSKeyValueObservingOptionOld;
    [self.person1 addObserver:self forKeyPath:@"age" options:options context:nil];

    NSLog(@"類對象 - 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(@"元類對象 - 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
          );
}

輸出結(jié)果：

類對象 - person1: NSKVONotifying_DLPerson<0x6000002cef40>   person2: DLPerson<0x1002c9048>

元類對象 - person1: NSKVONotifying_DLPerson<0x6000002cf210>   person2: DLPerson<0x1002c9020>

結(jié)果發(fā)現(xiàn)：每一個類對象的地址是不一樣的，而且元類對象的地址也不一樣的，所以我們可以認(rèn)為 NSKVONotifying_DLPerson類有自己的元類對象， NSKVONotifying_DLPerson.isa指向著自己的元類對象。

四. 面試題答案

  1. iOS用什么方式實現(xiàn)對一個對象的KVO？(KVO的本質(zhì)是什么？)

     利用RuntimeAPI動態(tài)生成一個子類，并且讓instance對象的isa指向這個全新的子類
 當(dāng)修改instance對象的屬性時，會調(diào)用Foundation的_NSSetXXXValueAndNotify函數(shù)
 willChangeValueForKey:
 父類原來的setter
 didChangeValueForKey:
 內(nèi)部會觸發(fā)監(jiān)聽器（Oberser）的監(jiān)聽方法(observeValueForKeyPath:ofObject:change:context:）

  2. 如何手動觸發(fā)KVO？

     手動調(diào)用willChangeValueForKey:和didChangeValueForKey:

  3. 直接修改成員變量會觸發(fā)KVO么？

     不會觸發(fā)KVO，因為直接修改成員變量并沒有走set方法。

KVC相關(guān)：

  1. 通過KVC修改屬性會觸發(fā)KVO么？

     會觸發(fā)KVO，如上流程圖

  2. KVC的賦值和取值過程是怎樣的？原理是什么？

     如上流程圖
  • 文章總結(jié)自MJ老師底層視頻。
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