KVO使用和底层实现原理

使用

KVO 能帮助我们让视图和模型保持同步。控制器可以观察视图依赖的属性变化。

让我们看一个例子：

我们的模型类有以下三个用来代表颜色百分比的属性：

@property (nonatomic) double lComponent;
@property (nonatomic) double aComponent;
@property (nonatomic) double bComponent;

依赖的属性
我们需要从这个类创建一个 UIColor 对象来显示出颜色。我们添加三个额外的属性，分别对应 R, G, B：

@property (nonatomic, readonly) double redComponent;
@property (nonatomic, readonly) double greenComponent;
@property (nonatomic, readonly) double blueComponent;
@property (nonatomic, strong, readonly) UIColor *color;

有了这些以后，我们就可以创建这个类的接口了：

@interface LabColor : NSObject

@property (nonatomic) double lComponent;
@property (nonatomic) double aComponent;
@property (nonatomic) double bComponent;

@property (nonatomic, readonly) double redComponent;
@property (nonatomic, readonly) double greenComponent;
@property (nonatomic, readonly) double blueComponent;

@property (nonatomic, strong, readonly) UIColor *color;

@end

这些代码没什么令人激动的地方。有趣的是 greenComponent 属性依赖于 lComponent 和 aComponent。不论何时设置 lComponent 的值，我们需要让 RGB 三个 component 中与其相关的成员以及 color 属性都要得到通知以保持一致。这一点这在 KVO 中很重要。

Foundation 框架提供的表示属性依赖的机制如下：

+ (NSSet *)keyPathsForValuesAffectingValueForKey:(NSString *)key

更详细的如下：

+ (NSSet *)keyPathsForValuesAffecting<键名>

在我们的例子中如下：

//redComponent属性依赖于lComponent属性，如果lComponent改变redComponent属性也随之更改
+ (NSSet *)keyPathsForValuesAffectingRedComponent
{
    return [NSSet setWithObject:@"lComponent"];
}
- (double)redComponent;
{
    return self.lComponent*255.0;
}
//greenComponent属性依赖于lComponent属性和aComponent属性，如果lComponent属性和aComponent属性改变greenComponent属性也随之更改
+ (NSSet *)keyPathsForValuesAffectingGreenComponent
{
    return [NSSet setWithObjects:@"lComponent", @"aComponent", nil];
}
- (double)greenComponent
{
    return self.lComponent*self.aComponent*255.0;
}
//blueComponent属性依赖于lComponent属性和bComponent属性，如果lComponent属性和bComponent属性改变blueComponent属性也随之更改
+ (NSSet *)keyPathsForValuesAffectingBlueComponent
{
    return [NSSet setWithObjects:@"lComponent", @"bComponent", nil];
}
- (double)blueComponent
{
    return self.lComponent*self.bComponent*255.0;
}
//color属性依赖于redComponent属性和greenComponent属性和blueComponent属性，如果redComponent属性和greenComponent属性和blueComponent属性改变color属性也随之更改
+ (NSSet *)keyPathsForValuesAffectingColor
{
    return [NSSet setWithObjects:@"redComponent", @"greenComponent", @"blueComponent", nil];
}

- (UIColor *)color
{
    return [UIColor colorWithRed:self.redComponent/255.0 green:self.greenComponent/255.0 blue:self.blueComponent/255.0 alpha:1.];
}

观察变化

在ViewController这样写

添加观察者

self.labColor = [[LabColor alloc] init];
   //添加监听
   //第一个参数 observer：观察者 （这里观察self.labColor对象的属性变化）
//第二个参数 self 观察者
//第三个参数 keyPath： 被观察的属性名称(这里观察 self.myKVO 中 num 属性值的改变)
//第四个参数 options： 观察属性的新值、旧值等的一些配置（枚举值，可以根据需要设置，例如这里可以使用两项）
//第五个参数 context： 上下文，可以为 KVO 的回调方法传值（例如设定为一个放置数据的字典）
   [self.labColor addObserver:self forKeyPath:@"color" options:NSKeyValueObservingOptionInitial context:&ColorKVOContext];

响应观察者

//响应观察
//keyPath:属性名称
//object:被观察的对象
//change:变化前后的值都存储在 change 字典中
//context:注册观察者时，context 传过来的值
- (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary<NSString *,id> *)change context:(void *)context {
    if (context==&ColorKVOContext) {
        self.colorView.backgroundColor = self.labColor.color;
    }
}

修改Model属性

- (IBAction)updateRedSlider:(UISlider *)sender {
    self.labColor.lComponent = sender.value;
}
- (IBAction)updateGreenSlider:(UISlider *)sender {
    self.labColor.aComponent = sender.value;
}
- (IBAction)updateBlueSlider:(UISlider *)sender {
    self.labColor.bComponent = sender.value;
}

移除观察者

- (void)dealloc {
    //在对象被释放时移除观察者，否则会出现BUG
    [self.labColor removeObserver:self forKeyPath:@"color"];
}

Demo地址

原理

实现原理：

当观察某对象 A 时，KVO 机制动态创建一个对象A当前类的子类，并为这个新的子类重写了被观察属性 keyPath 的 setter 方法。setter 方法随后负责通知观察对象属性的改变状况。

深入剖析：

Apple 使用了 isa 混写（isa-swizzling）来实现 KVO 。当观察对象A时，KVO机制动态创建一个新的名为：NSKVONotifying_A 的新类，该类继承自对象A的本类，且 KVO 为 NSKVONotifying_A 重写观察属性的 setter 方法，setter 方法会负责在调用原 setter 方法之前和之后，通知所有观察对象属性值的更改情况。
（备注： isa 混写（isa-swizzling）isa：is a kind of ； swizzling：混合，搅合；）

当某个类的对象第一次被观察时，系统就会在运行期动态地创建该类的一个派生类，在这个派生类中重写基类中任何被观察属性的 setter 方法。

派生类在被重写的 setter 方法实现真正的通知机制，就如前面手动实现键值观察那样。这么做是基于设置属性会调用 setter 方法，而通过重写就获得了 KVO 需要的通知机制。当然前提是要通过遵循 KVO 的属性设置方式来变更属性值，如果仅是直接修改属性对应的成员变量，是无法实现 KVO 的。

同时派生类还重写了 class 方法以“欺骗”外部调用者它就是起初的那个类。然后系统将这个对象的 isa 指针指向这个新诞生的派生类，因此这个对象就成为该派生类的对象了，因而在该对象上对 setter 的调用就会调用重写的 setter，从而激活键值通知机制。此外，派生类还重写了 dealloc 方法来释放资源。

①NSKVONotifying_A 类剖析：在这个过程，被观察对象的 isa 指针从指向原来的 A 类，被 KVO 机制修改为指向系统新创建的子类 NSKVONotifying_A 类，来实现当前类属性值改变的监听；
所以当我们从应用层面上看来，完全没有意识到有新的类出现，这是系统“隐瞒”了对 KVO 的底层实现过程，让我们误以为还是原来的类。但是此时如果我们创建一个新的名为“NSKVONotifying_A”的类()，就会发现系统运行到注册 KVO 的那段代码时程序就崩溃，因为系统在注册监听的时候动态创建了名为 NSKVONotifying_A 的中间类，并指向这个中间类了。
（isa 指针的作用：每个对象都有 isa 指针，指向该对象的类，它告诉 Runtime 系统这个对象的类是什么。所以对象注册为观察者时，isa 指针指向新子类，那么这个被观察的对象就神奇地变成新子类的对象（或实例）了。） 因而在该对象上对 setter 的调用就会调用已重写的 setter，从而激活键值通知机制。
—>我猜，这也是 KVO 回调机制，为什么都俗称KVO技术为黑魔法的原因之一吧：内部神秘、外观简洁。

②子类setter方法剖析：KVO 的键值观察通知依赖于 NSObject 的两个方法:willChangeValueForKey:和 didChangevlueForKey:，在存取数值的前后分别调用 2 个方法：
被观察属性发生改变之前，willChangeValueForKey:被调用，通知系统该 keyPath 的属性值即将变更；当改变发生后， didChangeValueForKey: 被调用，通知系统该 keyPath 的属性值已经变更；之后， observeValueForKey:ofObject:change:context: 也会被调用。且重写观察属性的 setter 方法这种继承方式的注入是在运行时而不是编译时实现的。
KVO 为子类的观察者属性重写调用存取方法的工作原理在代码中相当于：

-(void)setName:(NSString *)newName{ 
[self willChangeValueForKey:@"name"];    //KVO 在调用存取方法之前总调用 
[super setValue:newName forKey:@"name"]; //调用父类的存取方法 
[self didChangeValueForKey:@"name"];     //KVO 在调用存取方法之后总调用}