iOS的KVO实现剖析

KVO原理

对于KVO的原理，很多人都比较清楚了。大概是这样子的：

假定我们自己的类是Object和它的对象 obj，当obj发送addObserverForKeypath:keypath消息后，系统会做3件事情：

动态创建一个Object的子类，名字可自定义假设叫做 Object_KVONotify。
同时，子类动态增加方法 setKeypath:，动态添加的方法会绑定到一个c语言的函数。
调用 object_setClass 函数，将obj的class设置为Object_KVONotify。

这样做会相当于建立如下结构:

//Object
@interface Object: NSObject
@property (nonatomic, copy) NSString *keypath;
@end@implementation Object
-(void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary<NSKeyValueChangeKey,id> *)change context:(void *)context{NSLog(@" --- Object observeValueForKeyPath:%@ ofObject:%@ change:%@ context:%@", keyPath, object, change, context);
}-(NSString *) description{return [NSString stringWithFormat: @"This is %@ instance keypath = %@", self.class, self.keypath];
}
@end//Object_KVONotify
@interface Object_KVONotify: Object
@endstatic void dynamicSetKeyPath(id obj, SEL sel, id v){... ...
}@implementation Object_KVONotify
-(void) setKeypath:(NSString *)keypath{dynamicSetKeyPath(self, @selector(setKeyPath:), keypath);
}
@end//obj
Object *obj = [[Object alloc] init];
object_setClass(obj, Object_KVONotify.class);//上面2句其实相当于
Object_KVONotify *obj = [[Object_KVONotify alloc] init]复制代码

这样一来，当我们调用

obj.keypath = "hello world";
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实际上调用的是

dynamicSetKeyPath(self, @selector(setKeypath:), keypath);
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此时dynamicSetKeyPath要做2件事情。

调用父类的 setKeyPath: 方法。
调用 observeValueForKeyPath 方法，触发回调。

所以 dynamicSetKeyPath函数应该是这样的：

static void dynamicSetKeyPath(id obj, SEL sel, id v){Method superMethod = class_getInstanceMethod(Object.class, sel);((void (*)(id, Method, id))method_invoke)(obj, superMethod, v);NSMutableDictionary * change = [[NSMutableDictionary alloc] init];change[@"new"] = v;[obj observeValueForKeyPath:@"keypath" ofObject:obj change:change context:nil];
}
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或者这样

static void dynamicSetKeyPath(id obj, SEL sel, id v){object_setClass(obj, Object.class);[obj setValue: v forKey: @"keyPath"];object_setClass(obj, Object_Notify.class);[(Object *)obj observeValueForKeyPath: @"keypath" ofObject: objChange:@{@"new":v} context: nil];
}
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在Object类中添加测试代码

+(void)test{Object *obj = [[Object alloc] init];obj.keypath = @"inited";NSLog(@"%@", obj);object_setClass(obj, Object_KVONotify.class);obj.keypath = @"hello world";
}
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调用测试代码，产生输入如下

This is Object instance keypath = inited
Object observeValueForKeyPath:keypath ofObject:This is Object_KVONotify instance keypath = hello world change:{new = "hello world";
} context:(null)
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上述过程就是KVO具体流程及测试代码。具体demo代码可以在这里找到。

KVO痛点

大家都知道，系统KVO略有点难用，主要因为这几点：

addObserver后，不会在对象释放时，自动释放，我们只能在dealloc中手动removeObserver。这样在疏忽的情况下忘记removeObserver可能会导致崩溃。另外，这个限制让我们无法在一个类中为其他类对象增加监听。
如果没有addObserver是不能removeObserver的，会crash。
不支持block。

重新实现KVO

要重新实现KVO，根据KVO原理，我们需要创建一个增加监听的函数，并在函数内做到:

动态创建当前类的的子类，名字带固定后缀 _NotifyKVO。
同时，子类动态增加方法 setXXXX:，动态添加的方法会绑定到一个c语言的函数。
调用 object_setClass 函数，将obj的class设置为XXXX_NotifyKVO。

首先我们创建一个NSObject的分类，添加创建KVO方法。

@implementation NSObject(BlockKVO)
-(void) addObserverForKeyPath:(NSString *)keyPath option:(NSKeyValueObservingOptions)option block:((^)(id obj, NSDictionary<NSKeyValueChangeKey,id> *change))block{//self.blockKVO是通过associate与NSObject对象绑定的//这样我们就把所有逻辑转移到了BlockKVO这个类中[self.blockKVO addObserver:self forKeyPath:keyPath option:option block:block];
}//这里覆盖了系统的KVO监听，里面仅仅调用了添加监听时的block
//这样做，可以让系统的KVO监听方法也能收到通过blockKVO添加的事件。
-(void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary<NSKeyValueChangeKey,id> *)change context:(void *)context{BlockKVOItem *item = [self.blockKVO itemWithKeyPath:keyPath];if(item.block) {item.block(self, keyPath, change);}
}
@end
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由于我们有很多参数和状态需要存储，而OC的category中保存属性是很麻烦的。
所以我们将创建一个新的类来处理所有的绑定逻辑，这就需要将所有参数及对象本身传递到这个类对象中。

请仔细阅读代码中的注释。

@implementation BlockKVO//这里的参数obj就是需要kvo的对象，这个函数很重要，它做到了2件事
//1 为obj的class 创建一个以`_NotifyKVO`为后缀的子类
//2. 将obj的class指向XXX_NotifyKVO这个子类
//搞这么多幺蛾子的好处是实现了AOP，原有的类没有任何改变，obj仍然能访问原类的所有属性方法，而且obj可以通过扩展XXX_NotifyKVO方法，增加功能，也能修改原来类的行为，而不会影响原来类的结构。
-(void) initKVOClassWithObj:(id) obj{if(self.srcClass == nil){self.srcClass = [obj class];//添加子类NSString *dynamicClassName = [NSString stringWithFormat:@"%@_NotifyKVO", NSStringFromClass(self.srcClass)];Class dynamicClass = NSClassFromString(dynamicClassName);if(!dynamicClass) {dynamicClass = objc_allocateClassPair(self.srcClass, dynamicClassName.UTF8String, 0);objc_registerClassPair(dynamicClass);}self.dynamicClass = dynamicClass;//将obj的类换成新创建的子类，否则不会调到dynamicSetKeyPathobject_setClass(obj, dynamicClass);}
}//这个方法是从原类中接收参数的，它只做2件事：
//1. 收到参数后，保存到observers字典中。
//2. 根据keyPath，添加setter方法。
-(void) addObserver: (id) obj forKeyPath:(NSString *)keyPath option:(NSKeyValueObservingOptions)option block:(void (^)(id obj, NSString *keyPath, NSDictionary<NSKeyValueChangeKey,id> *change))block{[self initKVOClassWithObj:obj];if(self.observers == nil){self.observers = [[NSMutableDictionary alloc] init];}if(self.observers[keyPath] != nil){return;}//添加方法SEL methodSel = getSetSelector(keyPath);class_addMethod(self.dynamicClass, methodSel, (IMP)dynamicSetKeyPath, "v@:@");//保存BlockKVOItem *item = [[BlockKVOItem alloc] init];item.obj = obj;item.keyPath = keyPath;item.options = option;item.block = block;self.observers[keyPath] = item;
}@end
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我们会注意到class_addMethod方法，最后一个参数是一个奇怪的字符串。这个字符串是为了表示所添加方法的类型，包括返回值类型和所有参数类型。

这东西又叫做 TypeEncoding，为啥有这个东西呢？

我们知道，OC是动态语言，它发送消息是要通过SEL去查找函数的，一旦找到了函数我们再去调用它就不是动态调用了，而是静态调用。

静态调用参数的数量和类型就很重要了。参数数量和类型其中任意一个对不上都会导致程序出错。

对于class_addMethod函数来说，TypeEncoding可以为添加的方法标记出它的返回值类型，参数个数和每个参数的类型。

上面的 "v@:@"表示的是，所添加的函数指针，返回值为void，有3个参数，第一个参数是id，第二个参数是SEL，第三个参数是id。很简单。

OC类的property可以很多种类型，不仅仅是id。所以如果想为不同类型调用 class_addMethod，就要编写不同的TypeEncoding。

列一下常用的TypeEncoding：（更多细节查阅点这里TypeEncoding）

"v@:q" => setKeyPath:(long long)
"v@:c" => setKeyPath:(char)
"v@:{CGSize=dd}" => setKeypPath:(CGSize)

通过上述代码，当我们的对象再调用setKeyPath:方法的时候，实际上调用的是dynamicSetKeyPath函数，我们看一下它的实现：

//这个函数的定义符合我们定义的typeencoding："v@:@"
static void dynamicSetKeyPath(id obj, SEL sel, id value){BlockKVO *blockKVO = [obj blockKVO];//这里肯定不会为空，习惯性防御写法if(blockKVO != nil) {//根据SEL获取keyPathNSString *keypath = getKeyPath(sel);//获取到注册KVO时传入的参数，包括block啥的。BlockKVOItem *item = [blockKVO itemWithKeyPath:keypath];//这里先将obj的class恢复，否则会陷入循环object_setClass(obj, blockKVO.srcClass);//获取旧值id oldValue = [obj valueForKey:keypath];//设置新值[obj setValue:value forKey: keypath];//设置成子类object_setClass(obj, blockKVO.dynamicClass);//将oldValue和newValue通过observerValueForKeyPath:ofObject:change:方法通知给调用方（调用了block）NSMutableDictionary * change = [[NSMutableDictionary alloc] init];if (item.options & NSKeyValueObservingOptionNew){change[@"old"] = oldValue;}if (item.options & NSKeyValueObservingOptionOld) {change[@"new"] = value;}[obj observeValueForKeyPath:keypath ofObject:obj change:change context:nil];}
}
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这样，每次我们调用 setKeyPath: 的时候，前面注册的KVO监听的block都会被调用。整个KVO流程就完成了。

当然，如果实现完整的KVO，上面的代码是不够的。你还需要解决如下问题：

不同类型的属性支持
setValue:forKey:处理，weak变量可以通过这个函数处理。
线程安全（如果你只在主线程使用，则不必要）
动态创建类的释放
其他可能出现的问题

文内提到的所有代码已提交到github上，点这里查看完整demo。

也可以点击这里查看我在github上的所有repos。