iOS观察模式之KVO实现探究

本篇会对KVO的实现进行探究，不涉及太多KVO的使用方法，但是会有一些使用时的思考。

一、使用上的疑问

1.keyPath是什么

当我们使用@property时候，keyPath是指的是我们的属性名，实例变量或者是存取方法？

:point_down: 对一个属性值使用@synthesize重新定义了存储变量

```

# import"Person.h"

@interface Student:Person

@property(nonatomic,strong)NSString* mark;

@end

@implementation  Student

@synthesizemark = abc;

- (void)setMark:(NSString*)newMark {

 abc = newMark;

}

- (NSString*)mark {

returnabc;

}

main() { 

Student *stu = [[Student alloc] init]; 

stu.mark =@"65";

 StudentKvoObserver *stuObserver = [[StudentKvoObserver alloc] initWithStudent:stu]; [stuObserver addObserverForKeyPath:@"mark"];

```

// 重命名get方法stu.mark =@"85";}

实际结果是，能够监听到mark值的变化，反之，我将mark替换成真正的实例变量abc时，无法获取状态。

现在想想其实答案早就存在了，我们不做显示的@synthesize的指定时，其实等价于 @synthesize mark = _mark; ，由此看来keyPath实际指的并不是真正存储你数据的变量。

2.KVO是否能够继承

我是否能够监听我父类里的属性，哪怕他并没有暴露出来？通过某些手段得（猜）到了keyPath，然后去监听它甚至是KVC修改他的值。

子类继承父类的一个属性，当这个属性被改变时，KVO能否观察到？

子类继承父类的一个未暴露的属性，当这个属性被改变时，KVO能否观察到？

子类继承父类属性并重写了它的setter方法，当这个属性被改变时，KVO能否观察到？

// Person类@interfacePerson:NSObject

@property(nonatomic,strong)NSString*firstName;

@property(nonatomic,strong)NSString*lastName;

@property(nonatomic,strong,readonly)NSString*fullName;

- (void)setNewInnerName:(NSString*)str;

@end

@interfacePerson()

@property(nonatomic,strong)NSString*innerName;

@end@implementationPerson

- (void)setNewInnerName:(NSString*)str {

self.innerName = str;// 通过get、set访问 触发KVO

// [self setValue:str forKey:@"innerName"];

// KVC方式,其实调用的也是setter方法 触发KVO

// _innerName = str;

// 直接访问成员变量，不触发KVO}

// Student类

@interface  Student:Person

@end

@implementationStudent

- (void)setFirstName:(NSString*)firstName {

NSLog(@"重写的setFirstName方法");

}

@end

// 执行文件

main() {

 Person *p = [[Person alloc] init]; 

p.firstName =@"zhao"; 

p.lastName =@"zhiyu";

 PersonKvoObserver *personKvoObserver = [[PersonKvoObserver alloc]initWithPerson:p]; 

[personKvoObserver addObserverForKeyPath:@"fullName"];

// 属性关联

[personKvoObserver addObserverForKeyPath:@"innerName"];

// 内部属性

p.firstName =@"zhao1";

 [p setNewInnerName:@"newInnerNmame"];

// 没有暴露的属性的get、set方法被调用时，也会发送通知// 子类的属性监听

Student *stu = [[Student alloc] init];

 stu.firstName =@"stu"; 

stu.lastName =@"dent";

 StudentKvoObserver *stuObserver = [[StudentKvoObserver alloc] initWithStudent:stu]; [stuObserver addObserverForKeyPath:@"fullName"];// 子类继承属性依旧被监听[stuObserver addObserverForKeyPath:@"firstName"];// 重写方法,不加super,依旧会监听kvo[stuObserver addObserverForKeyPath:@"innerName"];  

stu.firstName =@"stu1";

stu.lastName =@"dent1";

 [stu setNewInnerName:@"newInnerNmame"];

// 没有暴露的属性的get、set方法被调用时，也会发送通知}

通过上面的例子，我们能看出几点：

①通过KVO，能观察父类的属性值。

②只要知道了keyPath，不管有没有暴露方法，依旧可以通过KVO方式观察值的变化，而且同属性一样，可以被继承。

③子类重写父类的set方法，也并不会影响KVO的观察。

从这儿开始就有点好奇了，这个KVO是否通过子类化的方法实现？那如何让子类的继承属性也能被监听到？了解到KVO依赖setter方法的重写，那我子类重写的setter方法之后，为什么子类继承属性的监听依然生效？

3.跨线程的监听

我们知道使用Notification时，跨线程发送通知是无法被接受到的，那么现在看看KVO在多线程中的表现。

// 在两个线程定义目标和观察者

dispatch_queue_t  concurrentQueue = dispatch_queue_create("my.concurrent.queue", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);

// dispatch_queue_t globalQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0);

__block Student *stu1 =nil;

dispatch_async(concurrentQueue, ^{// 对象属性

stu1 = [[Student alloc] init];

NSLog(@"Student %@",[NSDate  new]); 

stu1.lastName =@"yyyyyyy"; 

});

__block StudentKvoObserver *stuObserver1;

dispatch_async(concurrentQueue, ^{ 

sleep(2); 

stuObserver1 = [[StudentKvoObserver alloc] initWithStudent:stu1];

 [stuObserver1 addObserverForKeyPath:@"fullName"];

// 子类继承属性依旧被监听

NSLog(@" StudentKvoObserver %@",[NSDate new]); }); dispatch_barrier_async(concurrentQueue, ^{

NSLog(@"dispatch_barrier_async %@",[NSDate new]);

NSLog(@"zzzzzz start%@",[NSDate new]);

 stu1.lastName =@"zzzzzz";

NSLog(@"zzzzzz end%@",[NSDate new]); });

输出结果

2016-10-11 10:46:53.319 KVCLearn[3364:331572] Student 2016-10-11 02:46:53 +0000

2016-10-11 10:46:55.324 KVCLearn[3364:331578] StudentKvoObserver 2016-10-11 02:46:55 +0000

2016-10-11 10:46:55.325 KVCLearn[3364:331578] dispatch_barrier_async 2016-10-11 02:46:55 +0000

2016-10-11 10:46:55.325 KVCLearn[3364:331578] zzzzzz start2016-10-11 02:46:55 +0000

2016-10-11 10:46:55.326 KVCLearn[3364:331578] fullName

{

kind = 1;

new = “(null)zzzzzz”;

old = “(null)yyyyyyy”;

}

2016-10-11 10:46:55.326 KVCLearn[3364:331578] zzzzzz end2016-10-11 02:46:55 +0000

可以看到在两个不同的线程里创建的Observer和Target，观察变化也是能够生效的。

这里有一个关于GCD的问题，这里我使用了dispatch_barrier_async，分发到自定义的并发队列上，这时barrier是正常工作的，保证了第三个task在前两个执行完之后执行。但是当我直接使用系统全局的并发队列时，barrier不起作用，不能保证他们的执行顺序。这里希望有高人看见了能解答下。

二、实现探究

1.API接口

Foundation里关于KVO的部分都定义在NSKeyValueObserving.h中，KVO通过以下三个NSObject分类实现。

NSObject(NSKeyValueObserving)

NSObject(NSKeyValueObserverRegistration)

NSObject(NSKeyValueObservingCustomization)

这里会从NSObject (NSKeyValueObserverRegistration) 的 - addObserver:forKeyPath:options:context: 为入口，去一步步分析如何整个KVO的实现方式。

2.先说结论

实现方式：

一个对象在被调用addObserver方法时，会动态创建一个KVO前缀的原类的子类，用来重写所有的setter方法，并且该子类的 - (Class) class 和 - (Class) superclass 方法会被重写，返回父类（原始类）的Class。最后会将当前对象的类改为这个KVO前缀的子类。

比较绕，让我们来看个例子。比如说类Person的实例person调用了addObserver方法时，addObserver方法内部给你创建了一个KVOPerson类，KVOPerson的所有的setter方法会被重写，它的class和superClass方法会被改写成返回Person和NSObject，之后使用 object_setClass 将KVOPerson设置成person的class。

当我们调用person的setName方法时，实际是调用的一个KVOPerson实例的setName方法，但由于重写了class，在外部看不出来其中的差别。在setter方法中，我们在实际值被改变的前后回调用 - (void)willChangeValueForKey:(NSString *)key; 和 - (void)didChangeValueForKey:(NSString *)key; 方法，通知观察者值的变化。

3.代码

源码是来自GNUSetup里的Foundation，据说和apple的实现类似，只是相关API的版本会比较老一些。我们先从addObserver方法开始。

@implementationNSObject(NSKeyValueObserverRegistration)- (void) addObserver: (NSObject*)anObserver forKeyPath: (NSString*)aPath options: (NSKeyValueObservingOptions)options context: (void*)aContext{ ....// 1.使用当前类创建GSKVOReplacement对象r = replacementForClass([selfclass]); .... info = (GSKVOInfo*)[selfobservationInfo];if(info ==nil) { info = [[GSKVOInfo alloc] initWithInstance:self]; [selfsetObservationInfo: info];//2.重新设置classobject_setClass(self, [r replacement]); } ....//3.重写replace的setter方法[r overrideSetterFor: aPath];//4.注册当前类和观察者到全局表中[info addObserver: anObserver forKeyPath: aPath options: options context: aContext];}

忽略了一些分支，可以看到主要为上面四个步骤。我们可以一个一个拆开来看。

replacementForClass

// 单例生成一个GSKVOReplacement对象，保证一个类只有一个KVO子类staticGSKVOReplacement *replacementForClass(Class c){ GSKVOReplacement *r; setup(); [kvoLock lock]; r = (GSKVOReplacement*)NSMapGet(classTable, (void*)c);if(r ==nil) { r = [[GSKVOReplacement alloc] initWithClass: c];NSMapInsert(classTable, (void*)c, (void*)r); } [kvoLock unlock];returnr;}- (id) initWithClass: (Class)aClass{NSValue*template;NSString*superName;NSString*name; original = aClass; superName =NSStringFromClass(original); name = [@"GSKVO"stringByAppendingString: superName];// 添加前缀template = GSObjCMakeClass(name, superName,nil);// 通过objc_allocateClassPair得到class指针GSObjCAddClasses([NSArrayarrayWithObject: template]);// objc_registerClassPair注册classreplacement =NSClassFromString(name);// 前面动态生成且注册了GSKVO子类，然后就可以通过该方法得到// 添加模板类的一些方法，包括重写class和superClass让对象类型不暴露，// setValue:forkey在数据改变前后加上willChange和didChange方法GSObjCAddClassBehavior(replacement, baseClass);/* Create the set of setter methods overridden.

*/keys = [NSMutableSetnew];returnself;}

object_setClass(self, [r replacement]);

// replace就是新生成的KVOXXX的class@interfaceGSKVOReplacement:NSObject{ Class original;/* The original class */Class replacement;/* The replacement class */NSMutableSet*keys;/* The observed setter keys */}replacement =NSClassFromString(name);// 在initWithClass方法中赋值

overrideSetterFor

重写setter方法，在值改变前后添加上willChange&didChange- (void) overrideSetterFor: (NSString*)aKey{if([keys member: aKey] ==nil) {NSMethodSignature*sig;// 当前key值对应setter的方法签名SEL sel;// 当前key值对应setter的方法名selectorIMP imp;// 当前key值对应setter的函数指针IMPconstchar*type;NSString*a[2];unsignedi;BOOLfound =NO;// 得到setXxxx:和_setXxxx:方法名a[0] = [NSStringstringWithFormat:@"set%@%@:", tmp, suffix]; a[1] = [NSStringstringWithFormat:@"_set%@%@:", tmp, suffix];for(i =0; i <2; i++) {/*

得到方法签名

*/sel =NSSelectorFromString(a[i]); sig = [original instanceMethodSignatureForSelector: sel]; type = [sig getArgumentTypeAtIndex:2];// 第三个参数即入参的类型switch(*type) {// 字符case_C_CHR:case_C_UCHR: imp = [[GSKVOSetter class] instanceMethodForSelector:@selector(setterChar:)];// 返回setterChar:函数的函数指针IMPbreak;// 对象、类、指针case_C_ID:case_C_CLASS:case_C_PTR: imp = [[GSKVOSetter class] instanceMethodForSelector:@selector(setter:)];// 返回setter:函数的函数指针IMP，后面有详解break;break; ....default: imp =0;break; }if(imp !=0) {if(class_addMethod(replacement, sel, imp, [sig methodType]))// 将原sel和新imp加到replacement类中去{ found =YES; }else{NSLog(@"Failed to add setter method for %s to %s", sel_getName(sel), class_getName(original)); } } }if(found ==YES) { [keys addObject: aKey]; } }}

这个步骤是将keypath对应的setter方法重写找出来，把原有的SEL函数名和重写后的实现IMP加入到子类中去。这样做，新生成的子类就有和原父类一样表现了，再加上之前的class替换，在KVO的对外接口上已经没有差别。这里也解释了我一开始的问题，keypath到底指的是什么，其实是setter方法，或者说方法名的后缀。因为我们用@property生成了默认的set方法是满足规范的，所以会将keypath和property关联起来。

// setter方法的实现细节@implementationGSKVOSetter- (void) setter: (void*)val{NSString*key; Class c = [selfclass];void(*imp)(id,SEL,void*); imp = (void(*)(id,SEL,void*))[c instanceMethodForSelector: _cmd]; key = newKey(_cmd);if([c automaticallyNotifiesObserversForKey: key] ==YES) {// pre setting code here[selfwillChangeValueForKey: key]; (*imp)(self, _cmd, val);// post setting code here[selfdidChangeValueForKey: key]; }else{ (*imp)(self, _cmd, val); } RELEASE(key);}

对于这个setter方法的实现，我其实是没大看懂的。 [c instanceMethodForSelector: _cmd]; 这个取到的imp，应该是当前方法的函数指针（GSKVOSetter的setter），后面也是直接调用的该imp实现。没有找到这个setter是如何和原类方法中实际的setter联系起来的，之前通过sig方法签名也只取出了sel，原有实现并没有出现。希望有大牛看到这个能给我解答一下。

-(void) addObserver: forKeyPath: options: context:

这个部分就是观察者的注册了。通过以下类图可以很方便得看到，所有的类的KVO观察都是通过infoTable管理的。以被观察对象实例作key，GSKVOInfo对象为value的形式保存在infoTable表里，每个被观察者实例会对应多个keypath，每个keypath会对应多个observer对象。顺带提一下，关于Notification的实现也类似，也是全局表维护通知的注册监听者和通知名。

GSKVOInfo的结构可以看出来，一个keyPath可以对应有多个观察者。其中观察对象的实例和option打包成GSKVOObservation对象保存在一起。

三、总结

看完了KVO的实现部分，我们再回过头来看开头提到的几个问题。

keyPath是什么

首先keyPath，是对于setter方法的关联，会使用keypath作为后缀去寻找原类的setter方法的方法签名，和实际存取对象和property名称没有关系。所以这也是为什么我们重命名了setter方法之后，没有办法再去使用KVO或KVC了，需要手动调用一次willChangeValue方法。

子类继承父类的一个属性，当这个属性被改变时，KVO能否观察到？

因为继承的关系Father <- Son <- KVOSon，当我监听一个父类属性的keyPath的时候，Son实例同样可以通过消息查找找到父类的setter方法，再将该方法加入到KVOSon类当中去。

子类继承父类的一个未暴露的属性，当这个属性被改变时，KVO能否观察到？

由于在overrideSetterFor中，我们是直接通过sel去得到方法签名signature，所以和暴不暴露没啥关系。

子类继承父类属性并重写了它的setter方法，当这个属性被改变时，KVO能否观察到？

在上一条中知道，其实子类监听父类属性，并不依赖继承，而是通过ISA指针在消息转发的时候能够获取到父类方法就足够。所以当我们重写父类setter方法，相当于在子类定义了该setter函数，在我们去用sel找方法签名时，直接在子类中就拿到了，甚至都不需要去到父类里。所以理解了KVO监听父类属性和继承没有直接联系这一点，就不再纠结set方法是否重写这个问题了。

最后线程安全的部分，没有做深入的研究，在这篇就不多做表述了。在我贴的源码中都去掉了很多枝叶，其中就包括加锁的部分。有兴趣的朋友可以去下面贴的源码地址去看完整版，其中对线程安全的考虑，递归锁、惰性递归锁使用，也是很值得学习的。

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