KVO 原理探究

[TOC]

KVO

研究

没有使用KVO和使用KVO的变化

测试的类Person

@interface Person : NSObject
@property (nonatomic, assign) int age;
@end

@implementation Person
@end

通过 objc_copyClassList 验证

思路: 使用runmtimeobjc_copyClassList 获取所有的类,对比前后的变化


未使用KVO

    unsigned int count = 0;
    Class *classes = objc_copyClassList(&count);
    for (int i = 0; i < count; i++) {
        Class class = classes[i];
        const char *name = class_getName(class);
        NSLog(@"classname: %s", name);
    }

输出:

classname: Person

实际上会打印很多类,上面只截取了相关的类


使用了KVO (注意:这里需要先添加监听,然后再使用objc_copyClassList方法获取,否则是获取不到的,因为KVO是动态添加的)

    Person *obj = [[Person alloc] init];
    [obj addObserver:self forKeyPath:@"age" options:NSKeyValueObservingOptionOld | NSKeyValueObservingOptionNew context:nil];
    
    unsigned int count = 0;
    Class *classes = objc_copyClassList(&count);
    for (int i = 0; i < count; i++) {
        Class class = classes[i];
        const char *name = class_getName(class);
        NSLog(@"classname: %s", name);
    }

输出:

classname: Person
classname: NSKVONotifying_Person

可以看到多了一个类 NSKVONotifying_Person


通过 isa 来验证

image
  • 添加 kvo 前后 isa 指向:
    • 之前: Person
    • 之后: NSKVONotifying_Person
  • 添加 kvo 前后 po 命令输出的都是 Person

小结:
1、使用KVOruntime会给需要监听的类 Person 自动创建一个类 NSKVONotifying_Person
2、并且把原来类创建的对象的 isa 指向了新建的类 NSKVONotifying_Person


通过 objc 源码可以看到 Class changeIsa(Class newCls); 这个函数来改变 isa


自动创建的类 NSKVONotifying_Person 的一些特性

使用objc_getClass直接获取类

父类/元类

测试代码如下:

     self.person = [[Person alloc] init];
    
    NSLog(@"添加KVO之前 ======");
    
    {
        Class objClass = object_getClass(self.person);
        Class metaClass = objc_getMetaClass(class_getName(objClass));
        
        NSLog(@"objClass: %@", objClass);
        NSLog(@"metaclass: %@", metaClass);
        
        Class superClass = class_getSuperclass(objClass);
        Class superMetaClass = class_getSuperclass(metaClass);
        
        NSLog(@"superClass: %@", superClass);
        NSLog(@"superMetaClass: %@", superMetaClass);
    }
    
    NSKeyValueObservingOptions options =  NSKeyValueObservingOptionOld | NSKeyValueObservingOptionNew;
    [self.person addObserver:self
                  forKeyPath:@"age"
                     options:options
                     context:nil];
    NSLog(@"添加KVO之后 ======");
    
    {
        Class objClass = object_getClass(self.person);
        Class metaClass = objc_getMetaClass(class_getName(objClass));
        
        NSLog(@"objClass: %@", objClass);
        NSLog(@"metaclass: %@", metaClass);
        
        Class superClass = class_getSuperclass(objClass);
        Class superMetaClass = class_getSuperclass(metaClass);
        
        NSLog(@"superClass: %@", superClass);
        NSLog(@"superMetaClass: %@", superMetaClass);
    }

输出结果如下:

添加KVO之前 ======
objClass: Person
metaclass: Person
superClass: NSObject
superMetaClass: NSObject
添加KVO之后 ======
objClass: NSKVONotifying_Person
metaclass: NSKVONotifying_Person
superClass: Person
superMetaClass: Person

小结:
因此KVO就是:
1、通过运行时 runtime 新建了一个 继承于原来类(Person)的子类(NSKVONotifying_Person)
2、并且把原来类创建的对象的isa指向了新建的类 NSKVONotifying_Person

成员变量

    Class kvoClass = objc_getClass("NSKVONotifying_Person");
    
    unsigned int count = 0;
    Ivar *ivars = class_copyIvarList(kvoClass, &count);
    NSLog(@"count: %@", @(count));
    for (int i = 0; i < count; i++) {
        Ivar ivar = ivars[i];
        const char *name = ivar_getName(ivar);
        ptrdiff_t offset = ivar_getOffset(ivar);
        const char *type = ivar_getTypeEncoding(ivar);
        NSLog(@"======");
        NSLog(@"name: %s", name);
        NSLog(@"offset: %td", offset);
        NSLog(@"type: %s", type);
    }

输出如下:

count: 0

小结:
KVO 生成的子类 NSKVONotifying_Person 没有额外的成员变量

属性

    Class kvoClass = objc_getClass("NSKVONotifying_Person");
    
    unsigned int propertyCount = 0;
    objc_property_t *properties = class_copyPropertyList(kvoClass, &propertyCount);
    NSLog(@"propertyCount: %d", propertyCount);
    for (int j = 0; j < propertyCount ; j++) {
        objc_property_t property = properties[j];
        const char *name = property_getName(property);
        NSLog(@"propertyName: %s", name);
        const char *attributes = property_getAttributes(property);
        NSLog(@"propertyAttributes: %s", attributes);
    }

输出:

propertyCount: 0

小结:
KVO 生成的子类 NSKVONotifying_Person,没有添加额外的属性

实例方法

    Class kvoClass = objc_getClass("NSKVONotifying_Person");
    
    unsigned int methodCount = 0;
    Method *methods = class_copyMethodList(kvoClass, &methodCount);
    NSLog(@"methodCount: %d", methodCount);
    for (int k = 0; k < methodCount; k++) {
        Method method = methods[k];
        const char *name = sel_getName(method_getName(method));
        const char *typeEncoding = method_getTypeEncoding(method);
        NSLog(@"分割线 --------------");
        NSLog(@"methodName: %s", name);
        NSLog(@"methodTypeEncoding: %s", typeEncoding);
    }

输出:

methodCount: 4
分割线 --------------
methodName: setAge:
methodTypeEncoding: v20@0:8i16
分割线 --------------
methodName: class
methodTypeEncoding: #16@0:8
分割线 --------------
methodName: dealloc
methodTypeEncoding: v16@0:8
分割线 --------------
methodName: _isKVOA
methodTypeEncoding: B16@0:8

小结:
1、KVO 生成的子类 NSKVONotifying_Person 多了四个实例方法

  • setAge:: 参数为 int,返回值为 void,父类Person也有这个方法,子类重写
  • class: 没有参数,返回值为 #,表示 class,也就是重写了 class 方法
  • _isKVOA: 没有参数,返回值类型为 BOOL
  • dealloc: 重写了 dealloc 方法

class_isKVOA 方法
    Class kvoClass = objc_getClass("NSKVONotifying_Person");
    id kvoobj = [[kvoClass alloc] init];
    
    unsigned int methodCount = 0;
    Method *methods = class_copyMethodList(kvoClass, &methodCount);
    NSLog(@"methodCount: %d", methodCount);
    for (int k = 0; k < methodCount; k++) {
        Method method = methods[k];
        const char *name = sel_getName(method_getName(method));
        const char *typeEncoding = method_getTypeEncoding(method);
        NSLog(@"分割线 --------------");
        NSLog(@"methodName: %s", name);
        NSLog(@"methodTypeEncoding: %s", typeEncoding);
        
        if ([[NSString stringWithCString:name encoding:NSUTF8StringEncoding] isEqualToString:@"_isKVOA"]) {
            
            bool result = ((bool (*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)kvoobj, method_getName(method));
            NSLog(@"_isKVOA: %@", @(result));
        }
        
        if ([kvoobj respondsToSelector:@selector(class)]) {
            
            id resut = [kvoobj class];
            NSLog(@"class: %@", resut);
        }
    }

输出结果为:

  • _isKVOA: 1: 表示返回值是YES
  • class: Person: 还是指向了原来的类,不需要公开
重写的 setter 方法
self.person = [[Person alloc] init];
    
    NSLog(@"添加KVO之前 ======");
    
    {
        IMP imp = [self.person methodForSelector:@selector(setAge:)];
        NSLog(@"%p", imp);
    }
    
    NSKeyValueObservingOptions options =  NSKeyValueObservingOptionOld | NSKeyValueObservingOptionNew;
    [self.person addObserver:self
                  forKeyPath:@"age"
                     options:options
                     context:nil];
    
    NSLog(@"添加KVO之后 ======");
    
    {
        IMP imp = [self.person methodForSelector:@selector(setAge:)];
        NSLog(@"%p", imp);
    }

结果如下:

image
  • 使用 KVO 之后 setter 方法的实现改变了 (Foundation`_NSSetIntValueAndNotify)
dealloc 方法

最后理一下原理:

小结:KVO 生成的子类 NSKVONotifying_Person 会重写或添加了一些方法
1、是否是KVO监听类的方法 _isKVOA : 返回值是布尔类型 B(表示BOOL),值为YES
2、重写了需要监听的属性的 setter 方法,参数是 i(表示int) 类型,返回值是 v(表示void)
3、重写了 class 方法,表示所属的类是原来的 Person
4、重写了 dealloc 方法

类方法

    Class kvoClass = objc_getClass("NSKVONotifying_Person");
    
    unsigned int classMethodCount = 0;
    // 使用元类
    Method *classMethods = class_copyMethodList(objc_getMetaClass(class_getName(kvoClass)), &classMethodCount);
    NSLog(@"classMethodCount: %d", classMethodCount);
    for (int m = 0; m < classMethodCount; m++) {
        Method method = classMethods[m];
        const char *name = sel_getName(method_getName(method));
        const char *typeEncoding = method_getTypeEncoding(method);
        NSLog(@"分割线 --------------");
        NSLog(@"methodName: %s", name);
        NSLog(@"methodTypeEncoding: %s", typeEncoding);
    }

输出:

classMethodCount: 0

小结:
KVO生成的子类 NSKVONotifying_Person 没有类方法

断点查看

image
  • KVO 生成的子类 NSKVONotifying_Person :
    • isa: NSKVONotifying_Person
    • class 方法: NSKVONotifying_Person
  • KVO 原来的类 Person
    • isa: NSKVONotifying_Person,这个是实际的类
    • class 方法: Person,返回的是原来的类 Person,让我们误以为还是原来的类,其实不是的,通过isa可以看到

属性值变化的监听


    NSLog(@"---");
    obj.ageForNone = 10;
    
    NSLog(@"1111111");
    obj.ageForNone = 20;
    
    NSLog(@"2222222");
    obj.ageForNone = 20;
    
    // 监听方法
    - (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object change:(NSDictionary<NSKeyValueChangeKey,id> *)change context:(void *)context {
    NSLog(@"keyPath: %@", keyPath);
    NSLog(@"object: %@", object);
    NSLog(@"change: %@", change);

输出:

     keyPath: ageForNone
     object: <MyObject: 0x608000012ca0>
     change: {
     kind = 1;
     new = 10;
     old = 0;
     }
     1111111
     keyPath: ageForNone
     object: <MyObject: 0x608000012ca0>
     change: {
     kind = 1;
     new = 20;
     old = 10;
     }
     2222222
     keyPath: ageForNone
     object: <MyObject: 0x608000012ca0>
     change: {
     kind = 1;
     new = 20;
     old = 20;
     }

使用断点进入查看如下:

Foundation`_NSSetIntValueAndNotify:
    
    .......
    
    0x104511ff3 <+101>: movq   0x2ee306(%rip), %rsi      ; "willChangeValueForKey:"
    
    ......
    
    0x104512010 <+130>: callq  0x1046bcc78               ; symbol stub for: class_getMethodImplementation
    
    ......
    
    0x104512020 <+146>: movq   0x2ee2f1(%rip), %rsi      ; "didChangeValueForKey:"
    
    ......
    
    0x104512072 <+228>: movq   0x2eef17(%rip), %rsi      ; "_changeValueForKey:key:key:usingBlock:"

Foundation`NSKeyValueNotifyObserver:

    ......
    
    0x1044836ec <+41>:  movq   0x37d91d(%rip), %rdx      ; "_observeValueForKeyPath:ofObject:changeKind:oldValue:newValue:indexes:context:"
    0x1044836f3 <+48>:  movq   0x37c50e(%rip), %rsi      ; "respondsToSelector:"

    ......
    
    0x104483724 <+97>:  movq   0x37d8e5(%rip), %rsi      ; "_observeValueForKeyPath:ofObject:changeKind:oldValue:newValue:indexes:context:"

原来的类 Person 的一些特性

成员变量

    unsigned int count = 0;
    Ivar *ivars = class_copyIvarList([self.person class], &count);
    NSLog(@"count: %@", @(count));
    for (int i = 0; i < count; i++) {
        Ivar ivar = ivars[i];
        const char *name = ivar_getName(ivar);
        ptrdiff_t offset = ivar_getOffset(ivar);
        const char *type = ivar_getTypeEncoding(ivar);
        NSLog(@"======");
        NSLog(@"name: %s", name);
        NSLog(@"offset: %td", offset);
        NSLog(@"type: %s", type);
    }

输出结果如下:

count: 1
======
name: _age
offset: 8
type: i

小结
1、KVO 生成的子类 NSKVONotifying_Person 没有额外的成员变量
2、原来的类 Person 有一个成员变量 _age

属性

    unsigned int propertyCount = 0;
    objc_property_t *properties = class_copyPropertyList([self.person class], &propertyCount);
    NSLog(@"propertyCount: %d", propertyCount);
    for (int j = 0; j < propertyCount ; j++) {
        objc_property_t property = properties[j];
        const char *name = property_getName(property);
        const char *attributes = property_getAttributes(property);
        NSLog(@"======");
        NSLog(@"propertyAttributes: %s", attributes);
        NSLog(@"propertyName: %s", name);
    }

输出结果如下:

propertyCount: 1
======
propertyAttributes: Ti,N,V_age
propertyName: age

小结:
1、KVO 生成的子类 NSKVONotifying_Person,没有添加额外的属性
2、原来的类 Person 有一个属性 age

实例方法

    unsigned int methodCount = 0;
    Method *methods = class_copyMethodList([self.person class], &methodCount);
    NSLog(@"methodCount: %d", methodCount);
    for (int k = 0; k < methodCount; k++) {
        Method method = methods[k];
        const char *name = sel_getName(method_getName(method));
        const char *typeEncoding = method_getTypeEncoding(method);
        NSLog(@"分割线 --------------");
        NSLog(@"methodName: %s", name);
        NSLog(@"methodTypeEncoding: %s", typeEncoding);
    }

输出结果如下:

methodCount: 2
分割线 --------------
methodName: setAge:
methodTypeEncoding: v20@0:8i16
分割线 --------------
methodName: age
methodTypeEncoding: i16@0:8

小结:
1、KVO 生成的子类 NSKVONotifying_Person 多了四个实例方法

  • setAge:: 参数为 int,返回值为 void
  • class: 没有参数,返回值为 #,表示 class,也就是重写了 class 方法
  • _isKVOA: 没有参数,返回值类型为 BOOL
  • dealloc: 重写了 dealloc 方法
    2、原来的类 Person 有两个属性的 settergetter 方法
  • setAge:
  • age
    unsigned int classMethodCount = 0;
    // 使用元类
    Method *classMethods = class_copyMethodList(objc_getMetaClass(class_getName([self.person class])), &classMethodCount);
    NSLog(@"classMethodCount: %d", classMethodCount);
    for (int m = 0; m < classMethodCount; m++) {
        Method method = classMethods[m];
        const char *name = sel_getName(method_getName(method));
        const char *typeEncoding = method_getTypeEncoding(method);
        NSLog(@"分割线 --------------");
        NSLog(@"methodName: %s", name);
        NSLog(@"methodTypeEncoding: %s", typeEncoding);
    }

输出结果如下:

classMethodCount: 0

小结:
1、KVO生成的子类 NSKVONotifying_Person 没有类方法
2、原来的类 Person 没有类方法

总结

原来的类Person KVO 生成的子类 NSKVONotifying_Person
class(对象方法) Person Person
class(类方法) Person NSKVONotifying_Person
isa(对象) NSKVONotifying_Person NSKVONotifying_Person
superclass NSObject Person
成员变量Ivar _age 没有
属性property age 没有
实例方法method setAge: age setAge: class _isKVOA dealloc
类方法method 没有 没有
image
image
image

假设需要监听的类为MyObject:

  • KVO会自动创建一个继承于原来的类MyObject的子类NSKVONotifying_MyObject(runtime动态创建一个类)
  • 把原来的类的对象isa指针指向新建的子类 NSKVONotifying_MyObject(runtime修饰isa指针的函数)
  • 子类NSKVONotifying_MyObject会添加方法_isKVOA,返回值YES表示是KVO监听的类
  • 子类NSKVONotifying_MyObject会添加方法class,返回值MyObject表示是对象所属于的类MyObject
  • 子类会重写监听的属性的setter方法(setAgeForNone:),方法内部调用的是 Foundation框架中的_NSSetIntValueAndNotify函数
  • set值之前调用willChangeValueForKey:
  • set值之后调用didChangeValueForKey:
KVO前后

参考文章

[https://developer.apple.com/library/archive/documentation/Cocoa/Conceptual/KeyValueObserving/KeyValueObserving.html#//apple_ref/doc/uid/10000177-BCICJDHA]
(https://developer.apple.com/library/archive/documentation/Cocoa/Conceptual/KeyValueObserving/KeyValueObserving.html#//apple_ref/doc/uid/10000177-BCICJDHA)

https://tech.glowing.com/cn/implement-kvo/

fackbook第KVO的封装

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